在这个世界里，人们正努力摆脱对化石燃料的依赖，同时能源需求也日益增长。有一种正在研发的技术听起来几乎好得令人难以置信：核聚变。
如果成功，聚变能源将带来大量清洁能源，燃料来源近乎无限，碳排放几乎为零。前提是它能成功。世界各地的研究团队正投入数十亿美元，力求实现这一目标。
去年2月，聚变能源研究开启了新篇章，文德尔施泰因7-X正式启用。这是一座耗资10亿欧元（14亿澳元）的实验性聚变反应堆，建于德国格赖夫斯瓦尔德，用于测试一种名为仿星器的反应堆设计。
计划到2021年前后，它将能够连续运行长达30分钟，这将创下纪录，成为聚变反应堆运行时长的新纪录。这是迈向展示未来聚变电站一项关键特征的重要一步：连续运行。
不过，W-7X并非聚变领域的唯一项目。在法国南部，ITER正在建造之中。这是一座耗资200亿美元（267亿澳元）的实验性聚变反应堆，采用另一种名为托卡马克的设计。不过，尽管W-7X和ITER采用不同的设计，这两个项目相辅相成，其中一方的创新很可能有助于最终建成可运行的核聚变电站。
曲折之路
聚变能源旨在复制为太阳提供动力的反应：两个非常轻的原子（例如氢或氦）融合在一起。融合后形成的原子质量略轻于原来的两个原子，其质量差根据爱因斯坦公式E=mc²转化为能量。
难点在于促使两个原子融合，这要求将它们加热到数百万摄氏度。要约束如此高温的燃料并非易事，因此燃料会转变为炽热的电离气体——等离子体——再利用磁场将其约束起来，使其不会实际接触反应堆内壁。
W-7X尤其引人关注之处在于其仿星器设计。它由一个真空室构成，嵌置于由70个超导磁线圈组成的系统所产生的磁瓶中。这些线圈产生强磁场，用于约束高温等离子体。
仿星器和托卡马克都属于环形（甜甜圈状）磁约束装置，目前均在接受研究，以用于聚变能源。在这些实验中，强大的环形磁场形成磁瓶，以约束等离子体。
然而，要让等离子体在甜甜圈状腔室中得到良好约束，磁场必须具有扭转。在ITER反应堆所采用的托卡马克中，等离子体内有大电流流动，以产生所需的扭曲路径。但大电流可能引发“扭结”不稳定性，导致等离子体发生破裂。
如果等离子体发生破裂，反应堆就需要充入气体，使等离子体熄灭，以免其损坏实验装置。
在仿星器中，磁场的扭转是通过扭转整个装置本身实现的。这样便无需大环向电流，也使等离子体本质上更加稳定。代价是磁场线圈的工程设计更加复杂，且约束能力有所下降，这意味着等离子体较难被约束在磁泡内。
携手并进
尽管W7-X和ITER采用不同的方法，其大部分基础技术却完全相同。两者都是环形超导装置，也都使用射频加热、中性束注入等外部加热系统来加热等离子体，并且许多等离子体诊断技术也相同。
在电站中，氢的重同位素（氘和氚）聚变形成氦，同时释放出高能中子。氦被约束在等离子体中，而中子不带电，会飞入包围等离子体的“包层”。包层因此升温，继而驱动蒸汽涡轮发电。
各种聚变能源技术都有一个共同点：都需要研发能够承受聚变反应产生的高温和高速中子的材料。无论采用何种设计，聚变反应堆的第一壁在整个使用寿命期间都必须承受高能粒子的猛烈轰击。
现阶段，要判断ITER采用的托卡马克设计还是W-7X采用的仿星器设计更适合商业聚变电站，还为时过早。但W-7X开始研究运行，不仅有助于确定哪种技术值得继续推进，也将为未来的聚变实验提供宝贵知识，或许有朝一日还能带来真正的能源革命。
