9月23日，德国仿星器商业聚变初创公司Proxima Fusion在其官网刊文《From Twisted Beginnings to Quasi-Isodynamic Symmetry：The Rise of QI Stellarators》，从理论发展、装置开发等方面较为全面的梳理了仿星器数十年来的发展历程。
70年来，在追逐聚变能源的竞赛中，仿星器一直是托卡马克的“扭曲兄弟”。托卡马克依赖强大的等离子体电流，而仿星器仅使用外部磁体来约束等离子体——这赋予了其稳态运行和固有稳定性的潜力。
仿星器概念最早始于20世纪50年代初，当时天体物理学家Lyman Spitzer提出了一种环状磁约束装置，其磁力线呈三维螺旋缠绕，旨在利用恒星的能量。他早期的机器（始于1953年的Model A）证明了等离子体可以在这样的环状结构中约束。但以现代标准衡量，其性能较差。而到了20世纪60年代，新的竞争对手——苏联的托卡马克——实现了远优于当时仿星器的约束效果。因此，许多实验室将研究重点转向托卡马克，但仍有少数研究团队，尤其是在德国和日本，继续坚持着仿星器聚变的梦想……
一、理论完善：对称性的突破
20世纪60年代，物理学家Donato Palumbo提出了“等动力”（isodynamic）一词，用于描述一类不存在横越磁场漂移的磁场。他的想法暗示了在环状约束中消除香蕉轨道的可能性——但后来证明这种想法存在理论缺陷且无法实现。
1975年，Hall&McNamara在研究磁镜装置时，将“全局约束”定义为弹跳平均径向漂移消失的条件，这成为了优化仿星器的现代理论基础。
一项关键性的进展发生在1983年，当时Allen Boozer开发了一个强大的数学框架来描述磁场和粒子漂移。他的研究结果表明，如果磁场强度表现出某种对称性，仿星器原则上可以像托卡马克一样有效地约束粒子。但当时Allen Boozer实际上无法计算出这样的磁场；而仅仅靠解析理论是不够的。
1988年，德国马克斯·普朗克等离子体物理研究所（IPP）的Jürgen Nührenberg和Regine Zille成功取得突破：他们通过数值计算证明，成功构建出磁场强度具有准螺旋（Quasi-helical，QH）对称性的、可实现的仿星器构型。这种“隐藏对称性”——即准对称性的发现——意味着仿星器可以被设计成能显著减少粒子损失，尽管外观上并不对称。
受德国科研团队的启发，美国威斯康星大学麦迪逊分校的科研团队研发了Helically Symmetric Experiment (HSX)，该装置于1999年开始运行，并在实验中验证了准螺旋仿星器。
到20世纪90年代中期，优化仿星器家族又增加了另外两种对称性类别：即准轴对称（QA）和准等动力（QI）。
准轴对称（Quasi-axisymmetry，QA）：1994年，由Nührenberg、Lotz和Gori在瓦雷纳的一次会议上提出，最初被表述为"准轴对称托卡马克"，以争取托卡马克界的认同。Boozer在1995年发表了后续论文。
准等动力（Quasi-isodynamic，QI）：1996年，同样是在瓦雷纳会议上，由Gori、Lotz和Nührenberg首次正式提出。这也被认为是QH和QA概念上的继承者——具有极向闭合磁力线轮廓的全局约束磁场。
每种类型都提供了一种巧妙的方法，通过使磁场具有全局约束性来减少非轴对称环状结构中的漂移和能量损失。而如今，在通往商业聚变能的道路上，其中一种方法（QI）尤为突出。
二、装置验证：Wendelstein系列装置与QI之路
伴随着理论构建，实验仿星器也在同步发展。
1988-2002年在德国加兴运行的Wendelstein 7-AS (W7-AS) 装置并非明确为对称性优化而设计，但其数值优化最小化了自举电流和径向漂移——实际上探索了一些后来与QI相关的物理原理。W7-AS还开创了模块化线圈技术，这一概念最早于20世纪80年代在麦迪逊分校的装置上实现。
W7-AS的继任者，位于格赖夫斯瓦尔德的Wendelstein 7-X (W7-X) 仿星器，于1994年获批建设——早于“QI”一词被正式提出。虽然其设计并非明确的准等动力，但其目标是逼近全域约束性，这也为未来的装置奠定了基础。
到2000年代，新的理论见解阐明了QI的前景。Per Helander和其同事（包括 Jürgen Nührenberg、Gabriel Plunk和Josefine Proll）的研究表明，完美的QI装置表现出零自举电流，并能实现"最大-J"特性——这对宏观（MHD）和微观（回旋动能）等离子体稳定性都有益。这是QA和QH无法实现的。
2015年，W7-X装置开始运行时，其目标是证明优化后的仿星器能够实现与托卡马克相媲美的约束性能，且无需巨大的环向等离子体电流。2022年，W7-X达到了其首个能量约束目标——这是一个里程碑，证实了理论和工程学能够实现数十年来仿星器物理学的承诺。
三、追逐商业化：完善隐藏的对称性
过去几年，一系列快速突破将仿星器设计推向了新的高度：
- 2022年：Matt Landreman和Elizabeth Paul提出了一种设计具有前所未有的准对称性磁场的方法。
- 2023年：Alan Goodman与IPP的合作者开发了设计具有近乎完美QI对称性等离子体的方法。
- 2024年：来自IPP的同一团队推出了稳定准等动力设计（SQuID）——这种构型结合了快粒子约束、低湍流、强健的稳定性以及现实的线圈几何形状。
- 2025年：Proxima Fusion、IPP及合作伙伴公布了Stellaris——这是首个基于在IPP设计的SQuID、满足物理和工程约束的、稳态且固有稳定的聚变反应堆的连贯工程概念。
W7-X的缺点现已在设计上被克服——通往QI仿星器发电厂的清晰路径首次出现。
从Lyman Spitzer早期8字形线圈到今天高度优化的QI构型，仿星器在聚变能源领域已从追赶者变为领跑者。其稳态运行、被动稳定性，以及现在的高性能等离子体约束能力，这些优势的结合使得QI仿星器成为通往商业聚变能的最有前途的路径。
参考链接：
https://www.proximafusion.com/press-news/from-twisted-beginnings-to-quasi-isodynamic-symmetry-the-rise-of-qi-stellarators