EPFL 於1992 年啟動了一個可變配置託卡馬克反應器。如今，EPFL 已成為核融合領域的領先研究機構，其目標是在地球上複製恆星中發生的反應。早在能源危機和氣候變遷的警鐘敲響之前，洛桑聯邦理工學院就已經開始尋找一種清潔、安全且可能取之不盡的能源。該學院於1961 年成立了等離子體物理實驗室（即今天的瑞士等離子體中心），並於1992 年啟動了可變配置託卡馬克反應器。

如今，EPFL 已成為核融合領域的領先研究機構，其目標是在地球上複製恆星中發生的反應。

核融合： 為恆星提供動力

恆星（如太陽）內部的高熱和高壓會導致成對原子（尤其是氫原子）聚集在一起或發生”聚變”。當這些輕原子核合併成一個較重的原子核時，會損失一些質量，並按照愛因斯坦的著名公式E=mc2 轉換成大量能量。這個核融合過程為恆星提供了動力，並向宇宙釋放出驚人的能量。

EPFL 的TCV（可變配置託卡馬克）艙內。來源：EPFL / Alain Herzog

科學家已經能夠在地球上產生核融合反應。全球研究人員目前面臨的挑戰是如何持續維持這些核融合反應，並以高效、可控的方式利用釋放的能量發電。在EPFL，工程師選擇研究一種使用環形磁約束反應器（稱為託卡馬克）的方法。在這種方法中，氫同位素氘氣被加熱到一億攝氏度，使其變成等離子體，並誘發氘核之間的高能量碰撞。託卡馬克的磁場將等離子體懸浮在真空室的中間，遠離裝置的內壁。

瑞士等離子體中心： 引領歐洲核融合研究

瑞士等離子體中心目前擁有約200 名研究人員和學生，30 年前就開始建造自己的可變配置託卡馬克。由於其獨特的設計，這個實驗反應器已成為歐洲最重要的核融合研究設施之一。

負責託卡馬克測量系統的資深科學家巴西爾-杜瓦爾（Basil Duval）說：”我們在互聯網出現之前就建造了這個反應堆，它的核心依然如故。他指出，瑞士等離子體中心正在進行的研究在國際上享有盛譽–部分原因是該中心為國際熱核實驗反應器（ITER）計畫做出了貢獻，部分原因是研究成果對整個核融合研究界都很有價值。像瑞士這麼大的國家能擁有這樣的實驗設施，實在是太了不起了。”

為紀念其託卡馬克裝置投入使用30 週年，瑞士等離子體公司將於9 月接待歐洲核融合聯盟的代表。該聯盟是多項核融合計劃的幕後推手，包括推進熱核實驗堆的物理基礎，並透過TCV 託卡馬克等設施的實驗來優化其成功機會。瑞士等離子體中心主任Ambrogio Fasoli 也是EUROfusion 的主席，並剛被任命為該聯盟的專案經理。他表示：”我們在瑞士等離子體中心過去30 年的工作為等離子體行為提供了重要的見解。TCV 在這項工作中發揮了至關重要的作用。最近對其基礎設施進行的升級擴大了我們研究國際熱核實驗反應器、DEMO 和未來聚變反應器關鍵問題的能力。未來的挑戰是巨大的，但我們完全有能力為聚變能源的發展做出重大貢獻，因為聚變能源是未來全球能源組合的重要組成部分。”

TCV 託卡馬克內的等離子體。圖片來源：© Curdin Wüthrich/SPC/EPFL

EPFL 獨特的託卡馬克方法

由於EPFL 的託卡馬克是一個”可變構型”反應堆，科學家可以利用它來觀察等離子體構型的變化如何影響等離子體的特性（如溫度和約束質量），並研究新的等離子體構型。它也可用於評估分流器的不同配置，分流器是用於控制反應器堆芯能量釋放的裝置。它們的作用對於在不損壞反應器的情況下長時間維持等離子體至關重要，工程師仍在努力優化它們的設計。瑞士等離子體中心最近與Google DeepMind 合作，開發了一種基於深度強化學習的新型等離子體磁控制方法，並首次成功將其應用於TCV 託卡馬克中的實際等離子體配置。

與所有託卡馬克一樣，EPFL 的託卡馬克也有一個將氣體轉化為等離子體的真空室。這個真空室被大型磁線圈產生的環形磁場包圍，防止等離子體接觸真空室的內壁。此外，還有一個帶有歐姆線圈的中心柱，可保持等離子體的穩定性，以及一個可塑造等離子體結構的極性磁場。整個反應器配備了一個利用微波和熱粒子噴射的加熱系統，輔以一系列測量溫度、密度、輻射、等離子體構型波動和其他重要參數的儀器。

在未來的聚變發電廠中，等離子體內聚變反應產生的熱量將為渦輪機提供動力（類似於目前的核分裂反應器），並產生大量可靠的基荷電力。這個過程將是可持續的、無碳的，不會產生長期的放射性廢棄物。