6月28日，我们介绍了探索多样化技术路径的高校力量：威斯康星大学麦迪逊分校（UW-Madison），Madison Symmetric Torus（MST）是其开发的代表性装置之一，兼具托卡马克和反场箍缩两种运行模式，使得同一装置内能直接比较两种环形等离子体构型。本篇文章，我们把视线转向同样具备这一功能的装置所在的欧洲实验室：意大利Consorzio RFX。
一、实验室概述
Consorzio RFX成立于1996年，是意大利核聚变研究的核心机构之一，总部位于帕多瓦市。该联合体由意大利国家研究委员会（CNR）、国家新技术、能源与可持续经济发展署（ENEA）、国家核物理研究所（INFN）、帕多瓦大学（University of Padua）以及Acciaierie Venete SpA共同组建。这种多学科交叉的合作模式，整合了基础研究、工程技术和工业应用的优势，使其在磁约束核聚变领域独树一帜。
实验室的核心使命是通过实验和理论研究，推动核聚变能源的商业化进程。其研究重点集中在反场箍缩（Reversed Field Pinch，RFP）和托卡马克（Tokamak）两种磁约束配置上，并深度参与国际热核聚变实验堆（ITER）项目的关键技术研发，如中性束注入系统的测试。Consorzio RFX拥有约200名员工，包括等离子体物理学家、工程师、技术人员和行政人员，形成了从基础研究到工程实现的完整科研链条。
二、研究领域
Consorzio RFX的研究覆盖了核聚变能源开发的多个关键领域，其科研活动既注重基础物理机制的探索，也关注工程技术的突破。其主要研究方向包括：
1.等离子体物理与约束机制
- 反向场箍缩（RFP）研究：作为全球最大的RFP装置RFX-mod的运营方，实验室致力于研究RFP等离子体的稳定性和约束特性。RF 的独特之处在于其磁场方向在等离子体边缘反转，形成自组织的螺旋磁场结构。通过主动控制磁流体动力学（MHD）模式，Consorzio RFX 成功实现了准单螺旋态（Quasi-Single-Helicity, QSH），显著提升了等离子体的能量约束时间。例如，在QSH模式下，等离子体电流可达1.5MA，电子温度超过1keV，为高约束运行提供了新的思路。
- 托卡马克配置实验：RFX-mod的灵活性使其能够切换至托卡马克模式，研究低安全因子（q(a)<2）下的等离子体行为。这种 “一机两用” 的特性为比较两种磁约束配置的物理机制提供了独特平台。例如，通过动态控制等离子体位移和椭圆度，实验室成功实现了D型截面等离子体的稳定运行，并探索了边缘湍流抑制的新方法。
2.射频加热与电流驱动技术
- 中性束注入系统研发：Consorzio RFX负责ITER中性束注入系统（NBI）的全尺寸原型测试，包括SPIDER（离子源测试装置）和MITICA（全功率注入器）。SPIDER成功验证了100 keV负氢离子束的提取技术，而MITICA则正在测试1 MeV束流的长脉冲运行能力，为ITER的加热系统奠定了基础。
- 射频等离子体源研究：实验室开发了基于射频驱动的等离子体源，用于高效产生高密度等离子体。例如，在SPIDER中，射频功率通过感应耦合激发等离子体，实现了离子束电流密度超过355A/m²的目标，满足ITER的严格要求。
3.等离子体-材料相互作用与诊断技术
- 第一壁材料研究：针对等离子体面对材料的高热负荷问题，Consorzio RFX测试了多种材料，包括石墨、金属涂层和复合结构。例如，通过在石墨砖表面沉积钨涂层，显著降低了氢滞留量，提升了密度控制能力。此外，RFX-mod 2的升级中采用了更薄的石墨砖设计，结合铜制稳定壳，有效减少了等离子体与壁面的相互作用。
- 先进诊断系统开发：实验室拥有超过1000个磁探针、汤姆逊散射系统和软X 射线诊断设备，能够实时监测等离子体的温度、密度和磁场结构。例如，RFX-mod 2新增的高分辨率磁探针阵列，可精确捕捉微湍流和磁岛的演化，为理论模型提供关键数据。
三、历史沿革
- 1958年，开展电离气体（等离子体）早期研究。
- 1979年，Eta-Beta II装置取得重要科学成果。
- 1992年，RFX装置首次产生反场箍缩（RFP）构型的等离子体。
- 1996年，Consorzio RFX成立。
- 2003年，开始中性束注入（NBI）研究。
- 2004年，RFX-mod装置通过实验证实了反场箍缩（RFP）构型中等离子体的自组织现象。
- 2011年，国际热核聚变实验堆中性束测试设施（ITER-NBTF）项目启动。
- 2018年，国际热核聚变实验堆 SPIDER 装置开展首次实验。
四、实验装置
Consorzio RFX的实验能力依托于多个先进装置，其中最具代表性的是RFX系列三代装置（尤以RFX-Mod最为突出），以及ITER中性束注入系统的测试平台。RFX-Mod：曾是世界上几何参数最大、运行指标最好的反场箍缩装置，核心参数为：等离子体大半径2m、小半径0.459m、等离子体体积为10立方米，最大等离子体电流为2MA。
除了三代装置外，Consorzio RFX还建设有ITER中性束注入（NBI）测试平台：SPIDER与MITICA。
SPIDER（负离子源测试平台）：作为ITER中性束系统的前端验证装置，SPIDER聚焦解决强流负离子源（H⁻）的核心挑战。目标是验证稳态高密度负离子生成（目标密度≥10¹⁷ m⁻³），满足ITER的50A级负离子束流需求，攻克铯催化稳定性与等离子体均匀性控制难题，避免束流畸变。
MITICA（全功率注入器）：是ITER中性束注入器的1:1实体模型，承担从负离子加速到中性化全链条验证。测试1MeV中性束的长脉冲运行，验证ITER注入器的工程可行性，验证低温冷凝泵在极端热负荷下的抽气性能。
五、总结
Consorzio RFX以反场箍缩小众技术路线切入核聚变竞争，通过中性束注入、等离子体诊断等细分领域的突破，成为全球聚变生态中不可替代的"技术尖兵"。其反场箍缩装置创新经验，为ITER及未来商业聚变堆提供了关键模块化解决方案。在欧盟聚变战略持续投入下，RFX有望在紧凑型聚变装置领域开辟全新赛道。
参考资料：
- https://www.igi.cnr.it/en/about-us/
- https://www.igi.cnr.it/en/about-us/organisation/
- https://www.igi.cnr.it/en/about-us/our-history/
- https://plasma2.physics.wisc.edu/pub_files/journal/Martin646.pdf