美國科學家正於托卡馬克（tokamak）裝置內測試自旋極化核燃料，該裝置運作溫度約 1 億攝氏度，旨在透過粒子對齊探索更高效的核融合途徑。美國能源部（DOE）湯瑪斯·傑斐遜國家加速器實驗室（Thomas Jefferson National Accelerator Facility）的研究團隊領導此項目，評估自旋極化技術——核物理領域常用方法——能否在磁約束融合裝置的極端環境中存活。
參與科學家表示，此工作屬於更廣泛努力，開發創新途徑以利用恆星力量供應全球電網。傑斐遜實驗室物理學家、研究共同領導人 Xiangdong Wei 博士指出，目標是以最少物料收穫能量。「透過正確對齊，一小量燃料可產生更大火力，並用於下一輪融合，」他透露。
重塑融合燃料
實驗於北美最大托卡馬克 DIII-D（D3D）進行，該裝置利用磁場將電漿限制於甜甜圈形腔室內，令原子核碰撞融合並釋放大量能量。D3D 是測試未來反應堆如 ITER 技術的主要平台。DOE 科學辦公室融合能源科學研究部門代理司長 Matthew Lanctot 博士表示，自旋極化融合（SPF）項目是推進 DOE 融合路線圖的針對性投資。「此活動利用核物理計劃開發的自旋極化物料專長，影響核融合反應本身相關方面，」Lanctot 補充。
「若成功，理論預測對融合試驗廠有重大影響。」 新方法對齊粒子固有自旋——量子性質如微型磁鐵。當粒子指向相同方向，即為自旋極化。理論顯示，此舉可提升融合反應機率約 50%，並增加整體能量輸出高達 80%，同時減少燃料用量。為測試概念，團隊選用氘和氦-3 等同位素，具優良特性。現時多數融合實驗依賴氘-氚（D-T）燃料，但氚稀有且具放射性。氦-3 則無相同供應及安全挑戰。
「但可透過中子加鋰反應製造氚，」傑斐遜實驗室 SPF 項目工程師 Phillip Dobrenz 強調。「因此，現有融合燃料供應幾無限制。」 氦-3 採用受醫學 MRI 系統啟發的技術極化。燃料準備後須小心運輸並注入托卡馬克，避免對齊喪失。此過程僅需毫秒，但需精準控制冷凍及磁場。第一階段，團隊於橡樹嶺獲取氘化鋰（LiD），製成顆粒。LiD 室溫下為固體，便於儲存運輸，但極化困難。
下一階段將建構完整系統，包括顆粒注入器及診斷工具，測量 1 億開氏度電漿中極化是否存活。預計 2030 年最終實驗將分析融合副產品，確認效果。若成功，自旋極化燃料可實現更小型、更廉價的反應堆，降低點火要求，並加速商業融合電力發展。
