近日，日本Kyoto Fusioneering向英国Tokamak Energy交付了一套先进的大功率回旋管（Gyrotron），预计将于今年安装在ST40球形托卡马克装置上，并提供1兆瓦的射频功率。新的回旋管将产生高功率电磁波，用于控制和加热比太阳中心温度高许多倍的氢等离子体，并用于启动和驱动等离子体电流。
Tokamak Energy计划同时使用现有的中性束加热和回旋管加热，这将有助于加深对回旋管工作原理、所需控制系统以及两种加热形式之间最佳平衡的理解。回旋管投入运行后，合作伙伴将能够在ST40的内壁上测试锂涂层，以推进交付未来试点工厂所需的聚变科学和技术。
回旋管的工作原理是通过一束电子穿过强磁场进行加速，当电子被加速到发射微波辐射的程度时，微波辐射会通过波导导向聚变燃料（氢的同位素）的等离子体。微波的频率经过调整，与等离子体中电子的回旋共振频率相匹配（ST40为104GHz或137GHz）。
当微波与等离子体相互作用时，它们将能量传递给电子，从而加热并驱动等离子体。回旋管采用电子回旋共振加热（ECRH），解决了球形托卡马克面临的一个关键挑战——中央螺线管空间有限，通过应用回旋管可以减小中央螺线管的尺寸。
Tokamak Energy于2009年从英国原子能管理局（UKAEA）分离出来，其ST40高场紧凑型球形托卡马克是世界上同类装置中最先进的。ST40已达到超过1亿摄氏度的等离子体离子温度，这是商业聚变能所需的阈值，也是球形托卡马克有史以来达到的最高水平。
近年来，Tokamak Energy取得了一系列重要进展：
1、2022年，Tokamak Energy与普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）和橡树岭国家实验室合作，将ST40的等离子体温度提高到太阳温度的六倍，成为第一家等离子体温度达到1亿摄氏度的私营公司，这是实现商业聚变能源所需的关键参数之一。
2、2023年2月，Tokamak Energy宣布将在2026年前在英国原子能管理局位于英格兰牛津附近的卡勒姆校区建造一个原型球形托卡马克ST80-HTS，以展示高温超导磁体（HTS）的全部潜力，并为其聚变试验工厂的设计提供参考。此外，该公司还计划在全球范围内部署500兆瓦的商业工厂。
3、2024年12月，美国和英国能源部宣布将与Tokamak Energy合作，斥资5200万美元对ST40聚变设施进行升级。升级后，ST40将在其内壁涂上锂，以实现更好的约束性能。
这些过往成就支持Tokamak Energy将球形托卡马克作为实现清洁、经济且全球可部署聚变能源的最佳途径，并不断优化发展。
参考链接：
- https://www.ccnta.cn/article/19176.html
- https://tokamakenergy.com/2025/01/21/high-power-gyrotron-heating-to-boost-performance-on-road-to-clean-and-limitless-fusion-energy/