新一代聚变装置等离子体压力创纪录：迈向能量增益的重要一步

在18日举行的美国物理学会等离子体物理分部年度会议上，美国聚变能源技术公司Zap Energy宣布，其最新一代“聚变Z箍缩实验3”（FuZE-3）在实验中获得高达830兆帕的电子压力，对应等离子体总压力约1.6吉帕。该成果刷新了迄今在剪切流稳定Z箍缩装置中实现的压力纪录，是迈向聚变能量增益道路上的重要一步。

FuZE-3的等离子体室只有大约3.66米长，可产生几毫米宽的高温高密度等离子体丝。图片来源：Zap Energy官网

实现可控核聚变需要在极短时间内获得高温高密度等离子体，其压力是综合反映温度与密度的关键指标。压力越高，发生的聚变反应就越频繁，从而更接近能源输出大于输入的目标。与寻求极高压力或极长约束时间的其他路线不同，Zap Energy的剪切流稳定Z箍缩技术试图在压缩效率与等离子体稳定性之间寻找平衡。

此次，团队利用“光学汤姆孙散射”技术测得等离子体电子压力达830兆帕。等离子体不仅由电子组成，还包含质量更大的离子，当电子和离子温度接近时，二者都会对压力作出贡献，因此总压力约为电子压力的两倍，达到1.6吉帕。1吉帕相当于海平面大气压的约10000倍，或马里亚纳海沟海底压力的10倍。相关高压状态可维持约1微秒（百万分之一秒）。

最近的FuZE-3实验中，多次重复放电测量显示，电子密度处于31024m-3—51024m-3范围，电子温度则超过1keV（约为1167万摄氏度）。

FuZE-3的设计目标是在“三重乘积”（密度温度约束时间）上达到新的高度，这是聚变性能的重要指标。

【总编辑圈点】

Zap Energy采用的剪切流稳定Z箍缩技术，与我们熟知的“托卡马克”装置技术路线不同。“Z箍缩”采用了强磁场和高密度等离子体来控制和加热氢等核燃料，从而实现聚变反应。这种技术路径装置结构简单、成本可大幅降低，体积可以做得更小。产生净能量增益是可控核聚变实用的终极目标之一，此次FuZE-3取得的优异成绩，意味着它离产生可控核聚变反应更近了一步，让人类在探索终极清洁能源的道路上多了一种可能性。