6月3日，德國馬克斯·普朗克等離子體物理研究所（IPP）宣布，其運行的全球最大仿星器實驗裝置Wendelstein 7-X（W7-X）在最新實驗中實現(xiàn)等離子體連續(xù)穩(wěn)定運行43秒，創(chuàng)造了該時間尺度下的聚變“三乘積”（密度×溫度×時間）新紀錄，此次實驗的三乘積值顯著超越托卡馬克裝置在類似時間尺度上的表現(xiàn)，成為穩(wěn)態(tài)核聚變研究的重要里程碑。

此外，實驗還實現(xiàn)了1.8GJ的能量周轉(zhuǎn)率與3%的等離子體比壓（β），均為W7-X運行以來的最佳記錄。其中，能量周轉(zhuǎn)量反映了加熱功率與持續(xù)時間的乘積，3%的比壓更是衡量聚變堆效能的重要前瞻性參數(shù)。

一、仿星器原理與W7-X定位

仿星器（Stellarator）最早由美國普林斯頓大學的Lyman Spitzer于1951年提出，其磁約束結(jié)構(gòu)完全由外部的線圈電流產(chǎn)生，避免了托卡馬克對等離子體電流的依賴，從而具備更高的運行穩(wěn)定性，尤其適用于穩(wěn)態(tài)聚變運行。然而，由于設計與工程制造難度較大，仿星器長期發(fā)展緩慢。近年來，隨著3D打印、高溫超導、AI等關(guān)鍵技術(shù)突破，仿星器發(fā)展再度加速，屢獲重大突破。

W7-X由歐盟EUROfusion計劃資助，是目前世界上規(guī)模最大、磁場配置最精確的仿星器實驗平臺，旨在驗證仿星器是否具備穩(wěn)定長時運行并實現(xiàn)能量正平衡的能力。

二、實驗成果與關(guān)鍵突破

在2025年春季結(jié)束的“OP2.3”運行周期中，W7-X團隊成功實現(xiàn)等離子體持續(xù)運行43秒，創(chuàng)造了長脈沖條件下的三乘積世界紀錄。在此前類似尺度下的實驗中，托卡馬克裝置雖在短時性能參數(shù)上仍具優(yōu)勢（如JET與JT-60U曾創(chuàng)下峰值三乘積記錄），但在穩(wěn)態(tài)維持能力方面已被W7-X超越。

同時，W7-X刷新了1.8GJ的能量周轉(zhuǎn)紀錄（此前紀錄為2023年2月的1.3GJ），其表現(xiàn)略高于中國托卡馬克裝置EAST在1000秒放電實驗中的周轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)。另一個重要突破是在實驗中成功實現(xiàn)等離子體比壓β達3%，這得益于在部分實驗中主動將磁場強度降低至約原設定的70%，從而降低磁壓、提升等離子體壓強。該比壓水平已接近未來商用聚變堆所需的4-5%目標。

三、國際協(xié)作支撐下的系統(tǒng)性進展

W7-X突破性成果背后是美歐多機構(gòu)的長期協(xié)作。其中，美國橡樹嶺國家實驗室（ORNL）研發(fā)的新型彈丸注入器在實驗中發(fā)揮核心作用：其在43秒內(nèi)精準注入約90枚毫米級冷凍氫彈丸，作為維持等離子體運行的持續(xù)燃料源，并通過可變脈沖速率機制與微波加熱系統(tǒng)（ECRH）實現(xiàn)同步控制，ECRH由德國卡爾斯魯厄理工學院與斯圖加特大學聯(lián)合開發(fā)，是將等離子體加熱至聚變溫度的關(guān)鍵裝備。

實驗關(guān)鍵參數(shù)的測量則由多個國際團隊共同完成。離子溫度由普林斯頓等離子體物理實驗室（PPPL）提供的X射線光譜儀獲取，電子密度通過IPP自主研制的干涉儀系統(tǒng)實時監(jiān)測，能量約束時間由IPP的綜合診斷工具精準計算，確保三乘積評估的可靠性。

W7-X加熱與優(yōu)化部門負責人Wolf教授指出，這些紀錄不僅代表著數(shù)值上的突破，更是仿星器邁向核聚變發(fā)電實際應用的關(guān)鍵跨越。

參考資料：

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