6月3日，德国马克斯·普朗克等离子体物理研究所（IPP）宣布Wendelstein 7-X（简称“W7-X”）在最新实验中创下等离子体持续时间40s以上的聚变三乘积记录，远超托卡马克在这个时间尺度上的三乘积记录。
一、仿星器与W7-X介绍
从时间上看，人们对仿星器研究是早于托卡马克的。早在1951年，美国普林斯顿大学的Lyman Spitzer首次提出仿星器的概念，并在1953年建成了首台仿星器原型机Model A。相较之下，世界首个托卡马克装置则要到1958年才在苏联建成。
托卡马克的磁场位形由外部纵场线圈形成的环向场和等离子体电流形成极向磁场叠加而成，仿星器的磁场位形则完全是由外部的线圈电流提供的。由于没有等离子体电流，仿星器不会产生等离子体破裂的风险，其运行也就更加稳定。但其结构的复杂性也就在设计和工程制造方面提出了更高的要求，再加上托卡马克的实验成果也更为显著，导致长期一段时间下，仿星器的发展相对缓慢。
如今，得益于增材制造（3D打印）、高温超导带材/磁体等技术的飞速发展，仿星器正逐渐被视为迈向聚变发电道路上最具前景的方案之一。在EUROfusion的支持下，IPP正运行着世界上最大、最强的仿星器实验装置W7-X。
W7-X旨在证明仿星器在实践中能够实现理论预测的优异性能，并进一步探索和验证仿星器作为未来核聚变反应堆的可行性和适用性。
二、实验成就
在5月22日结束的OP 2.3 campaign中，国际W7-X团队在长时间等离子体放电的状况下创造了新的”聚变三乘积”参数世界纪录。在这一天，他们将这一关键核聚变参数的峰值维持了43秒。由此，W7-X在较长等离子体持续时间尺度下超越了托卡马克型核聚变装置的最佳表现。
托卡马克同样依赖磁约束，但因其设计更简单而被研究得更深入。聚变三重积的最高值曾由日本JT-60U（于2008年退役）和英国JET（于2023年退役）创下。前者曾经达到1.53*10^21，后者曾经达到8.6*10^20。
在仅持续数秒的短等离子体持续时间下，托卡马克装置仍是明显的三乘积参数领先者。但在对未来发电站至关重要的较长等离子体持续时间方面，W7-X现已领先。
W7-X运行主管兼IPP仿星器动力学与输运部门负责人Thomas Klinger教授表示。“这一新纪录是国际团队的巨大成就，令人印象深刻地展示了W7-X的潜力。在长等离子体脉冲中将三重积提升至托卡马克水平，是迈向具备发电站能力仿星器的又一重要里程碑。
”除了创下较长时间尺度下的聚变三乘积的新纪录，W7-X还达成另外两个里程碑：
- 能量周转增至1.8GJ，超过了2023年2月创下的1.3GJ的前纪录。
- 整个等离子体体积内的等离子体压力与磁压力之比（即等离子体比压—β）首次达到3%。在专门的实验系列中，磁场被有意降至约70%，降低磁压力并使等离子体压力上升。这一比率是推断核聚变发电站性能的关键参数，未来需要在整个体积内达到4-5%。这一新纪录伴随的离子温度峰值约为4000万摄氏度。
IPP仿星器加热与优化部门负责人Robert Wolf教授总结道：“这次实验的纪录不仅仅是数字，它们代表着验证仿星器方案的重大进步—这得益于卓越的国际合作。”
三、实验成功背后的国际协作
长脉冲三重积世界纪录的实现，得益于W7-X团队与美国合作伙伴的密切合作。
其中一个关键角色是新型弹丸注入器：它将冷冻氢弹丸注入等离子体，通过持续补充燃料实现长等离子体持续时间。这一高度精密且全球独有的注入器由美国能源部（DOE）位于田纳西州的橡树岭国家实验室（ORNL）研发，并在W7-X上成功投入运行。
关键在于首次使用预先编程的可变脉冲速率运行弹丸注入器——这一方案以令人印象深刻的精度执行。该方法与未来核聚变反应堆直接相关，有望将等离子体持续时间延长至数分钟。
弹丸技术的应用得益于多个欧洲实验室的前期工作，包括西班牙能源、环境与技术研究中心（CIEMAT）的模拟计算，以及布达佩斯HUN-REN能源研究中心利用超快相机的观测。
微波加热系统（更准确地说是电子回旋共振ECRH）由德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）与斯图加特大学的团队合作开发，被认为是将等离子体加热至核聚变相关温度的最有前景的方法。
在破纪录实验中，等离子体温度升至2000万摄氏度以上，峰值达3000万摄氏度。计算三重积的测量数据由PPPL等机构提供，该实验室在W7-X运行着用于离子温度诊断的X射线光谱仪。
必要的电子密度数据来自IPP全球独有的干涉仪，三重积计算所需的能量约束时间也通过IPP开发的诊断工具确定。
参考资料：
- https://www.ipp.mpg.de/5532945/w7x?c=14226
- https://phys.org/news/2025-06-wendelstein-nuclear-fusion.html#google_vignette