仿星器是一种旨在在地球上利用为太阳和恒星提供动力的聚变能量的扭曲磁性装置，长期以来一直处于被称为托卡马克的更广泛使用的甜甜圈形设施的次要地位。复杂的扭曲仿星体磁铁很难设计，并且以前允许从聚变反应中泄漏更多的超高热量。
现在，马克斯普朗克等离子体物理研究所 (IPP) 的科学家与包括美国能源部 (DOE) 普林斯顿等离子体物理实验室 (PPPL) 在内的研究人员合作，证明了 Wendelstein 7-X (W7-X) device inlink 德国格赖夫斯瓦尔德是世界上最大、最先进的仿星器，能够限制热量达到太阳核心温度的两倍。
关键指标
一种称为 XICS 的诊断仪器，主要由 PPPL 物理学家 Novimir Pablant 与 IPP 物理学家 Andreas Langenberg 合作设计、建造和操作，是一种被称为“新古典传输”的热损失急剧减少的关键指标，这种热损失历来更大在经典仿星器中比在托卡马克中。造成麻烦的传输是频繁的碰撞，当它们围绕限制它们的磁场线旋转时，它们将加热的粒子撞出轨道。对传输有贡献的是粒子轨道中的漂移。
最近在《自然》杂志上发表的关于 W7-X 研究结果的报告证实了设计师为塑造错综复杂的仿星体磁铁以减少新古典主义传输所做的努力取得了成功。该论文的第一作者是 IPP 理论部的物理学家 Craig Beidler。“这种设计已经成功，这对于融合来说真的是令人兴奋的消息，”与该论文的朗根伯格的合著者帕布兰特说。“它清楚地表明，这种优化是可以做到的。”
负责监督实验室仿星器工作的 PPPL 高级项目部负责人大卫·盖茨 (David Gates) 也非常热情。盖茨说：“对于我们 PPPL 和所有其他美国合作机构来说，能够成为这个真正令人兴奋的实验的一部分是非常令人兴奋的。”“Novi 的工作一直是这个惊人的实验团队努力的中心。我非常感谢我们的德国同事如此慷慨地让我们参与其中。”
无碳动力
科学家们寻求产生的融合以等离子体的形式结合了轻元素——由自由电子和原子核或离子组成的热的带电物质状态，构成了可见宇宙的 99%——以产生大量的的能量。在地球上进行受控聚变将创造几乎取之不尽的安全、清洁和无碳能源供应，为人类发电，并成为摆脱化石燃料转型的主要贡献者。
仿星器最早于 1950 年代在 PPPL 创始人莱曼·斯皮策 (Lyman Spitzer) 的领导下建造，可以在稳定状态下运行，而托卡马克面临的等离子体破坏风险很小。然而，它们的复杂性和相对较差的热限制的历史阻碍了它们。W7-X 优化设计的一个主要目标是证明优化的仿星器作为最终聚变发电厂的适用性，W7-X 于 2015 年产生了第一批等离子体。
XICS 获得的结果表明，如果没有新古典传输的急剧减少，就无法实现热离子温度。这些测量也是由 IPP 构建和运行的 CXRS 诊断进行的，它被认为更准确一些，但无法在所有条件下进行。Nature 报告中的最终温度曲线取自 CXRS，并得到了类似等离子体中 XICS 测量的支持。
“非常有价值”
“如果没有 XICS，我们可能不会发现这种 [良好的限制] 制度，”W7-X 供暖和运营部门负责人、该论文的合著者罗伯特沃尔夫说。“我们需要一个随时可用的离子温度测量，这非常有价值。”
研究人员进行了一项思想实验，以检查优化在限制结果中的作用。实验发现，在未优化的仿星器中，大型新古典主义传输将使 W7-X 上记录的高温不可能达到给定的加热功率。“这表明 W7-X 的优化形状减少了新古典传输，并且对于 W7-X 实验中看到的性能是必要的，”Pablant 说。“这是一种展示优化重要性的方式。”
他补充说，这些结果标志着基于 W7-X 设计的仿星器朝着实用的聚变反应堆迈进了一步。“但减少新古典主义运输并不是你唯一要做的事情。还有一大堆其他目标需要展示，包括稳定运行和减少湍流运输。”产生湍流传输的是穿过等离子体的涟漪和涡流，作为热损失的第二个主要来源。
经过三年升级，W7-X 将在 2022 年重新开放，以安装一个水冷系统，该系统将延长聚变实验时间和一个改进的偏滤器，以排出高性能热量。这些升级将使 W7-X 研究人员对优化仿星器成为发电厂蓝图的价值进行下一步调查。
对这项工作的支持来自 Euratom 研究和培训计划以及美国能源部科学办公室。
