SMART託卡馬克：首次等離子體放電點燃核聚變革命

塞維利亞大學的SMART託卡馬克達成了一項關鍵里程碑，成功產生了首個託卡馬克等離子體。等離子體與固態、液態和氣態一樣，是物質的四種基本狀態之一，它是一種由正離子和自由電子組成的電離氣體，於1920年代由化學家歐文·朗繆爾首次描述。此次SMART託卡馬克利用獨特的負三角性，提升了穩定性與效率。

這一進展為核聚變能源的未來帶來了光明前景，有可能徹底改變我們的發電方式。SMART裝置成功產生首個託卡馬克等離子體，這是邁向可持續、清潔且近乎取之不盡的核聚變能源目標的重要一步。此成就讓全球核聚變研究界距離將可控核聚變變為實用能源又近了一步。

SMART是一款由塞維利亞大學等離子體科學與聚變技術實驗室研發並執行的前沿實驗性聚變裝置。其獨特之處在於具備先進的靈活塑造等離子體的能力，使其成為世界上獨一無二的此類球形託卡馬克。它專為探索負三角性等離子體的物理和工程潛力而設計，這是基於球形託卡馬克設計開發緊湊型聚變發電廠的一種很有前景的方法。

SMART託卡馬克的首席研究員曼努埃爾·加西亞·穆尼奧斯教授表示：『這對整個團隊來說是一項重要成就，因為我們現在進入了SMART的執行階段。SMART方法對於未來緊湊型聚變反應堆而言，具有極具吸引力的聚變效能和功率處理能力，有望改變遊戲規則。我們前方充滿了令人興奮的時刻！』

SMART專案的聯合首席研究員埃莉奧諾拉·維耶澤教授補充道：『看到首個磁約束等離子體，我們都非常激動，並且期待與國際科學界一同挖掘SMART裝置的潛力。』SMART已在全球引發了極大的關注。

三角性描述的是等離子體的形狀。大多數託卡馬克以正三角性執行，這意味著等離子體形狀看起來像一個D。當D被映象時（如右圖所示），等離子體就具有負三角性。

負三角性等離子體形狀具有卓越的效能，因為它能抑制將粒子和能量從等離子體中排出的不穩定性，防止對託卡馬克壁造成嚴重損壞。除了具備高聚變效能外，負三角性還擁有頗具吸引力的功率處理解決方案，因為它覆蓋了更大的偏濾器區域來分散熱排放。這也為未來緊湊型聚變發電廠的工程設計提供了便利。

SMART是PSFT團隊主導的Fusion2Grid戰略的第一步，該戰略與國際核聚變界合作，旨在打造基於負三角性球形託卡馬克的最緊湊、最高效的磁約束聚變發電廠。

SMART將成為首個以負三角性等離子體在聚變溫度下執行的緊湊型球形託卡馬克。其目標是為基於高場球形託卡馬克與負三角性相結合的最緊湊型聚變發電廠設計提供物理和工程基礎。螺線管驅動的等離子體是使SMART投入執行並朝著最緊湊型聚變裝置邁進的時間軸上的一項重大成就。

參考文獻：D.J. Cruz-Zabala、M. Podestà、F. Poli、S.M. Kaye、M. Garcia-Munoz、E. Viezzer和J.W. Berkery於2024年11月7日發表的《將不同簡化湍流模型應用於SMART託卡馬克的效能預測》，《核聚變》，DOI：10.1088/1741 - 4326/ad8a70

塞維利亞大學的等離子體科學與聚變技術實驗室擁有小縱橫比託卡馬克（SMART），並在高能粒子以及等離子體輸運和穩定性方面引領著多項全球研究工作，致力於磁約束聚變能源的開發。