国际研究团队创造持续聚变实验新记录

6月3日，德国马克斯·普朗克等离子体物理研究所（IPP）宣布，其运行的全球最大仿星器实验装置Wendelstein 7-X（W7-X）在最新实验中实现等离子体连续稳定运行43秒，创造了该时间尺度下的聚变“三乘积”（密度×温度×时间）新纪录，此次实验的三乘积值显著超越托卡马克装置在类似时间尺度上的表现，成为稳态核聚变研究的重要里程碑。

此外，实验还实现了1.8GJ的能量周转率与3%的等离子体比压（β），均为W7-X运行以来的最佳记录。其中，能量周转量反映了加热功率与持续时间的乘积，3%的比压更是衡量聚变堆效能的重要前瞻性参数。

一、仿星器原理与W7-X定位

仿星器（Stellarator）最早由美国普林斯顿大学的Lyman Spitzer于1951年提出，其磁约束结构完全由外部的线圈电流产生，避免了托卡马克对等离子体电流的依赖，从而具备更高的运行稳定性，尤其适用于稳态聚变运行。然而，由于设计与工程制造难度较大，仿星器长期发展缓慢。近年来，随着3D打印、高温超导、AI等关键技术突破，仿星器发展再度加速，屡获重大突破。

W7-X由欧盟EUROfusion计划资助，是目前世界上规模最大、磁场配置最精确的仿星器实验平台，旨在验证仿星器是否具备稳定长时运行并实现能量正平衡的能力。

二、实验成果与关键突破

在2025年春季结束的“OP2.3”运行周期中，W7-X团队成功实现等离子体持续运行43秒，创造了长脉冲条件下的三乘积世界纪录。在此前类似尺度下的实验中，托卡马克装置虽在短时性能参数上仍具优势（如JET与JT-60U曾创下峰值三乘积记录），但在稳态维持能力方面已被W7-X超越。

同时，W7-X刷新了1.8GJ的能量周转纪录（此前纪录为2023年2月的1.3GJ），其表现略高于中国托卡马克装置EAST在1000秒放电实验中的周转数据。另一个重要突破是在实验中成功实现等离子体比压β达3%，这得益于在部分实验中主动将磁场强度降低至约原设定的70%，从而降低磁压、提升等离子体压强。该比压水平已接近未来商用聚变堆所需的4-5%目标。

三、国际协作支撑下的系统性进展

W7-X突破性成果背后是美欧多机构的长期协作。其中，美国橡树岭国家实验室（ORNL）研发的新型弹丸注入器在实验中发挥核心作用：其在43秒内精准注入约90枚毫米级冷冻氢弹丸，作为维持等离子体运行的持续燃料源，并通过可变脉冲速率机制与微波加热系统（ECRH）实现同步控制，ECRH由德国卡尔斯鲁厄理工学院与斯图加特大学联合开发，是将等离子体加热至聚变温度的关键装备。

实验关键参数的测量则由多个国际团队共同完成。离子温度由普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）提供的X射线光谱仪获取，电子密度通过IPP自主研制的干涉仪系统实时监测，能量约束时间由IPP的综合诊断工具精准计算，确保三乘积评估的可靠性。

W7-X加热与优化部门负责人Wolf教授指出，这些纪录不仅代表着数值上的突破，更是仿星器迈向核聚变发电实际应用的关键跨越。

参考资料：

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