6月3日，德國馬克斯·普朗克等離子體物理研究所（IPP）宣布，其運(yùn)行的全球最大仿星器實(shí)驗(yàn)裝置Wendelstein 7-X（W7-X）在最新實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)等離子體連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行43秒，創(chuàng)造了該時間尺度下的聚變“三乘積”（密度×溫度×?xí)r間）新紀(jì)錄，此次實(shí)驗(yàn)的三乘積值顯著超越托卡馬克裝置在類似時間尺度上的表現(xiàn)，成為穩(wěn)態(tài)核聚變研究的重要里程碑。

此外，實(shí)驗(yàn)還實(shí)現(xiàn)了1.8GJ的能量周轉(zhuǎn)率與3%的等離子體比壓（β），均為W7-X運(yùn)行以來的最佳記錄。其中，能量周轉(zhuǎn)量反映了加熱功率與持續(xù)時間的乘積，3%的比壓更是衡量聚變堆效能的重要前瞻性參數(shù)。

一、仿星器原理與W7-X定位

仿星器（Stellarator）最早由美國普林斯頓大學(xué)的Lyman Spitzer于1951年提出，其磁約束結(jié)構(gòu)完全由外部的線圈電流產(chǎn)生，避免了托卡馬克對等離子體電流的依賴，從而具備更高的運(yùn)行穩(wěn)定性，尤其適用于穩(wěn)態(tài)聚變運(yùn)行。然而，由于設(shè)計與工程制造難度較大，仿星器長期發(fā)展緩慢。近年來，隨著3D打印、高溫超導(dǎo)、AI等關(guān)鍵技術(shù)突破，仿星器發(fā)展再度加速，屢獲重大突破。

W7-X由歐盟EUROfusion計劃資助，是目前世界上規(guī)模最大、磁場配置最精確的仿星器實(shí)驗(yàn)平臺，旨在驗(yàn)證仿星器是否具備穩(wěn)定長時運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)能量正平衡的能力。

二、實(shí)驗(yàn)成果與關(guān)鍵突破

在2025年春季結(jié)束的“OP2.3”運(yùn)行周期中，W7-X團(tuán)隊(duì)成功實(shí)現(xiàn)等離子體持續(xù)運(yùn)行43秒，創(chuàng)造了長脈沖條件下的三乘積世界紀(jì)錄。在此前類似尺度下的實(shí)驗(yàn)中，托卡馬克裝置雖在短時性能參數(shù)上仍具優(yōu)勢（如JET與JT-60U曾創(chuàng)下峰值三乘積記錄），但在穩(wěn)態(tài)維持能力方面已被W7-X超越。

同時，W7-X刷新了1.8GJ的能量周轉(zhuǎn)紀(jì)錄（此前紀(jì)錄為2023年2月的1.3GJ），其表現(xiàn)略高于中國托卡馬克裝置EAST在1000秒放電實(shí)驗(yàn)中的周轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。另一個重要突破是在實(shí)驗(yàn)中成功實(shí)現(xiàn)等離子體比壓β達(dá)3%，這得益于在部分實(shí)驗(yàn)中主動將磁場強(qiáng)度降低至約原設(shè)定的70%，從而降低磁壓、提升等離子體壓強(qiáng)。該比壓水平已接近未來商用聚變堆所需的4-5%目標(biāo)。

三、國際協(xié)作支撐下的系統(tǒng)性進(jìn)展

W7-X突破性成果背后是美歐多機(jī)構(gòu)的長期協(xié)作。其中，美國橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室（ORNL）研發(fā)的新型彈丸注入器在實(shí)驗(yàn)中發(fā)揮核心作用：其在43秒內(nèi)精準(zhǔn)注入約90枚毫米級冷凍氫彈丸，作為維持等離子體運(yùn)行的持續(xù)燃料源，并通過可變脈沖速率機(jī)制與微波加熱系統(tǒng)（ECRH）實(shí)現(xiàn)同步控制，ECRH由德國卡爾斯魯厄理工學(xué)院與斯圖加特大學(xué)聯(lián)合開發(fā)，是將等離子體加熱至聚變溫度的關(guān)鍵裝備。

實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵參數(shù)的測量則由多個國際團(tuán)隊(duì)共同完成。離子溫度由普林斯頓等離子體物理實(shí)驗(yàn)室（PPPL）提供的X射線光譜儀獲取，電子密度通過IPP自主研制的干涉儀系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測，能量約束時間由IPP的綜合診斷工具精準(zhǔn)計算，確保三乘積評估的可靠性。

W7-X加熱與優(yōu)化部門負(fù)責(zé)人Wolf教授指出，這些紀(jì)錄不僅代表著數(shù)值上的突破，更是仿星器邁向核聚變發(fā)電實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵跨越。

參考資料：

Frank Fleschner. Wendelstein 7-X sets new performance records in fusion research. 20250603. https://www.ipp.mpg.de/5532945/w7x?c=14226