本报讯日本国立聚变科学研究所和美国TAE技术公司携手，首次在磁约束聚变等离子体中实现了氢硼聚变实验。相关研究结果近日发表于《自然-通讯》。
尽管这些聚变反应远未达到净能量，而且需要比标准核聚变燃料更高的温度，但氢硼燃料储量丰富，且不会产生破坏性颗粒。TAE首席执行官Michl Binderbauer在一份声明中指出，研究结果表明，这种由质子和硼元素混合而成的替代燃料有望在公用事业规模的核聚变发电中占有一席之地。
然而，麻省理工学院等离子体科学与聚变中心主任Dennis Whyte认为，这是一个有趣的实验，但对说服怀疑论者更换燃料几乎没有帮助。
核聚变经常被宣传为是一种无碳能源，它有一种丰富而廉价的燃料——氢同位素氘和氚（D-T）的混合物。实际上，氚很稀有，必须在反应堆中由锂“培育”出来，一些科学家对此感到担心。此外，D-T燃料在高温下聚变时会产生大量的高能中子，对人类和反应堆结构都是有害的。
TAE采用了一种不同的方法：将氢核质子与容易开采的硼聚变。这个反应不产生中子，只产生无害的氦，但它需要大约30亿摄氏度的高温，即太阳核心热量的200倍，比聚变D-T所需的温度高30倍。研究人员已经证明，他们可以使用瞄准固体目标的粒子束或用激光轰击等离子体来融合质子和硼。
日本国立聚变科学研究所使用的是一个被称为大型螺旋装置（LHD）的传统核聚变反应堆。LHD于1998年开始运行，外形像一个扭曲的甜甜圈，其电磁铁含有超热电离燃料，即等离子体。实验中，硼等离子体被加热到2000万摄氏度左右，中性氢原子束被发射到等离子体中。氢硼聚变会产生高速氦原子，TAE开发的氦传感器在使用硼等离子体时，比含有非反应性气体多记录了150倍的碰撞次数，表明核聚变正在发生。
研究团队的计算机模拟表明，这相当于每秒发生大约5万亿次核聚变反应。Whyte说，这些反应大多是由粒子束引起的。在许多聚变反应堆中，粒子束被用来使整个等离子体温度高到足以更广泛地发生聚变。但LHD的研究结果表明，聚变只发生在束流轰击等离子体的少数热点区域，而不是其他地方，因为一旦关闭束流，聚变率就会迅速下降。
一个能发电的聚变反应堆需要更大范围的聚变燃烧来提供足够的热量，从而维持反应，另外还要收集一些额外的热量来发电。LHD距离这一目标还有很长的路要走，但TAE相信它可以用一种非常不同的等离子体设备实现这一目标。TAE的各种试验台已经创建了一个快速旋转的等离子体“烟雾环”，通过粒子束稳定和加热。迄今为止，TAE最大的机器“诺曼”在30毫秒内达到了6000万摄氏度的高温。
TAE介绍，在几年内，它将建造一个名为“哥白尼”的后继者，其目标是达到1亿摄氏度，这是常规D-T聚变所需的温度。下一个十年，TAE希望制造出一种更强大的机器“达芬奇”，使其接近氢硼聚变的温度。
Whyte说，中子是对传统核聚变的一个巨大挑战，但他认为让等离子体达到数十亿摄氏度的高温可能同样困难。即使TAE做到了，但每次氢硼反应产生的能量也只有氘和氚的一半。“要使它有价值，氢硼聚变需要具备强大的工程优势。”（辛雨）