突破性核融合裝置：我們能將恆星裝進瓶子裡嗎？

美國能源部普林斯頓電漿物理實驗室（PPPL）的研究團隊，正運用超級電腦提升「仿星器」這種核融合裝置的效能。這種環狀的巨大裝置內部，電漿以精準控制的方式高速旋轉，溫度甚至比太陽表面還要高出數倍。從外觀看，它就像是被鷹架和走道包圍的金屬環，但內部卻正在重現核融合所需的極端環境條件——這正是太陽與所有恆星的能量來源。

在美國能源部科學辦公室的支援下，科學家們正致力深化對核融合的理解，最終目標是將其發展為可行的商業能源。PPPL團隊近期在仿星器技術上取得重大進展，這種裝置以其優異的電漿約束穩定性而備受矚目。

核融合能源具有潔淨、近乎無限的潛力。與化石燃料不同，它不會產生溫室氣體，也不會製造長半衰期的放射性廢料。其原理是將氫等輕原子核加熱至形成電漿（一種超高溫帶電氣體）。事實上，宇宙中99%的可見物質都處於電漿態，恆星本身就是巨大的電漿球。

關鍵挑戰在於控制這種電漿。要實現實用化的核融合能源，科學家必須開發出能穩定維持反應的裝置，讓產生的能量大於消耗，這需要有效約束並管理高溫電漿。目前研究主要聚焦兩種磁約束構型：託卡馬克和仿星器，兩者都利用超強磁場將電漿約束在環形空間中。

仿星器相較託卡馬克具有三大優勢：維持反應所需能量較少、設計彈性更大、較不易發生損壞裝置壁面的電漿不穩態。但存在一個根本性缺陷——約束電漿熱能的效果較差，特別是難以留住維持核融合所需的高能粒子。這些逃逸的高能粒子還可能損傷裝置壁面，而託卡馬克因軸對稱結構較無此問題。

PPPL團隊已找到解決方案。他們發現特定磁場配置能改善粒子約束效果，但如何調整磁鐵產生理想磁場形狀仍是難題。理論上最精確的方法是模擬每個粒子在所有磁場中的運動，但這需要近乎無限的運算資源。

研究團隊另闢蹊徑，與奧本大學、德國馬克斯普朗克電漿物理研究所及威斯康辛大學麥迪遜分校合作，開發出運算需求大減的替代方案。他們建立簡易的代理函式來預測粒子逃逸速率，這個數值與磁場約束效能存在穩定關聯。運用此方法，團隊已找出多種能減少高能粒子流失的電漿配置方案。

這項採用美國橡樹嶺國家實驗室與PPPL共同開發程式碼的研究，雖非針對特定裝置設計，但為仿星器研究指明發展方向。此方法有望推動仿星器技術發展，最終使其成為商業核融合發電的可行選項。