EPFL 于 1992 年启动了一个可变配置托卡马克反应堆。如今，EPFL 已成为核聚变领域的领先研究机构，其目标是在地球上复制恒星中发生的反应。早在能源危机和气候变化的警钟敲响之前，洛桑联邦理工学院就已经开始寻找一种清洁、安全且可能取之不尽用之不竭的能源。该学院于 1961 年成立了等离子体物理实验室（即今天的瑞士等离子体中心），并于 1992 年启动了可变配置托卡马克反应堆。

如今，EPFL 已成为核聚变领域的领先研究机构，其目标是在地球上复制恒星中发生的反应。

核聚变： 为恒星提供动力

恒星（如太阳）内部的高热和高压会导致成对原子（尤其是氢原子）聚集在一起或发生"聚变"。当这些轻原子核合并成一个较重的原子核时，会损失一些质量，并按照爱因斯坦的著名公式 E=mc2 转换成大量能量。这种核聚变过程为恒星提供了动力，并向宇宙释放出惊人的能量。

EPFL 的 TCV（可变配置托卡马克）舱内。资料来源：EPFL / Alain Herzog

科学家已经能够在地球上产生核聚变反应。全球研究人员目前面临的挑战是如何持续保持这些核聚变反应，并以高效、可控的方式利用释放的能量发电。在 EPFL，工程师们选择研究一种使用环形磁约束反应堆（称为托卡马克）的方法。在这种方法中，氢同位素氘气被加热到一亿摄氏度，使其变成等离子体，并诱发氘核之间的高能碰撞。托卡马克的磁场将等离子体悬浮在真空室的中间，远离设备的内壁。

瑞士等离子体中心： 引领欧洲核聚变研究

瑞士等离子体中心目前拥有约 200 名研究人员和学生，30 年前就开始建造自己的可变配置托卡马克。由于其独特的设计，这个实验反应堆已成为欧洲最重要的核聚变研究设施之一。

负责托卡马克测量系统的资深科学家巴西尔-杜瓦尔（Basil Duval）说："我们在互联网出现之前就建造了这个反应堆，它的核心依然如故。他指出，瑞士等离子体中心正在进行的研究在国际上享有盛誉--部分原因是该中心为国际热核实验反应堆（ITER）项目做出了贡献，部分原因是研究成果对整个核聚变研究界都很有价值。像瑞士这么大的国家能拥有这样的实验设施，实在是太了不起了。"

为纪念其托卡马克装置投入使用 30 周年，瑞士等离子体公司将于 9 月份接待欧洲核聚变联盟的代表。该联盟是多项核聚变计划的幕后推手，包括推进热核实验堆的物理基础，并通过 TCV 托卡马克等设施的实验来优化其成功机会。瑞士等离子体中心主任 Ambrogio Fasoli 也是 EUROfusion 的主席，并刚刚被任命为该联盟的项目经理。他表示："我们在瑞士等离子体中心过去 30 年的工作为等离子体行为提供了重要的见解。TCV 在这项工作中发挥了至关重要的作用。最近对其基础设施进行的升级扩大了我们研究国际热核实验反应堆、DEMO 和未来聚变反应堆关键问题的能力。未来的挑战是巨大的，但我们完全有能力为聚变能源的发展做出重大贡献，因为聚变能源是未来全球能源组合的重要组成部分。"

TCV 托卡马克内的等离子体。图片来源：© Curdin Wüthrich/SPC/EPFL

EPFL 独特的托卡马克方法

由于 EPFL 的托卡马克是一个"可变构型"反应堆，科学家们可以利用它来观察等离子体构型的变化如何影响等离子体的特性（如温度和约束质量），并研究新的等离子体构型。它还可用于评估分流器的不同配置，分流器是用于控制反应堆堆芯能量释放的装置。它们的作用对于在不损坏反应堆的情况下长时间维持等离子体至关重要，工程师们仍在努力优化它们的设计。瑞士等离子体中心最近与Google DeepMind 合作，开发了一种基于深度强化学习的新型等离子体磁控制方法，并首次成功将其应用于 TCV 托卡马克中的实际等离子体配置。

与所有托卡马克一样，EPFL 的托卡马克也有一个将气体转化为等离子体的真空室。这个真空室被大型磁线圈产生的环形磁场包围，防止等离子体接触真空室的内壁。此外，还有一个带有欧姆线圈的中心柱，可保持等离子体的稳定性，以及一个可塑造等离子体结构的极性磁场。整个反应堆配备了一个利用微波和热粒子喷射的加热系统，辅以一系列测量温度、密度、辐射、等离子体构型波动和其他重要参数的仪器。

在未来的聚变发电厂中，等离子体内聚变反应产生的热量将为涡轮机提供动力（类似于当前的核裂变反应堆），并产生大量可靠的基荷电力。这一过程将是可持续的、无碳的，不会产生长期的放射性废物。