约 40 年前构想迎来关键验证：无线电波给“人造太阳”续上电流

IT之家 11 月 12 日消息，科技媒体 TechSpot 昨日（11 月 11 日）发布博文，报道称美国通用原子公司研究团队在 DIII-D 国家聚变装置上，首次获得“螺旋波电流驱动”（Helicon Current Drive）的明确实验证据，为未来聚变反应堆长时间、稳态运行提供了新的技术选项。

位于圣地亚哥通用原子公司的 DIII-D 研究托卡马克装置上，一种尖端梳状线天线的组成部分。图源：论文IT之家援引博文介绍，“螺旋波电流驱动”是一种用射频电磁波在托卡马克等离子体中驱动电流的技术，是一项上世纪 80 年代就开始探索的核聚变（也称“人造太阳”）技术。

直观地说，就是让一部分电子“顺着波冲浪”，形成定向运动，从而不依赖中心螺线管的变压器效应来维持电流。它的主要吸引力，是有望帮助未来聚变反应堆实现稳态运行。在托卡马克中，等离子体电流是磁约束构型的重要组成部分。

传统方法把等离子体当作变压器的次级线圈，用中心螺线管中不断变化的磁通来感应电流。但螺线管能提供的磁通变化量有限，因此这种方式不能无限期维持放电。图源：WikiMedia“螺旋波电流驱动”想解决的就是这个问题，该方案通过天线向等离子体注入高频无线电波，将能量和动量传递给电子，相当于从外部持续“推”电子前进，帮助形成电流。

此次实验采用兆瓦级螺旋波系统，通过一排依次振荡的“梳状线天线”，将无线电波优先沿一个方向送入等离子体。运动速度合适的电子可像冲浪者一样从波中获得能量，形成定向运动。螺旋波不易被电子过早吸收，因此有望深入高温等离子体内部。

此次实验使用配备 30 个辐射单元的天线，将频率为 476 兆赫、功率约 370 千瓦的无线电波输入等离子体，持续 1 秒，在核心附近驱动约 2 万安培电流。同等功率的微波加热对照实验没有出现相同效果，表明这一现象并非单纯由加热造成。

不过，新增电流仅占实验等离子体总电流的约 2%，尚不足以取代中心螺线管，更不意味着聚变电站已实现连续发电。它的潜力在于与其他电流驱动技术配合；研究人员预计，螺旋波在高密度等离子体中仍有适用空间，有望为未来聚变装置的稳态运行提供新工具。

参考First Experimental Evidence of Helicon Current Drive