本文為節選內容
如需更多報告，聯系客服
或掃碼獲取報告
仿星器采用外部線圈直接產生螺旋形磁場，等離子體運行穩定。仿星器是一種通過外部磁場線圈系統實現磁約束核聚變的實驗裝置。與傳統的托卡馬克裝置通過環向場線圈和中心螺管線圈產生螺旋狀磁場不同，仿星器不依賴等離子體內部的電流，而是由外部線圈直接產生螺旋狀磁場，這種設計使得仿星器能夠提供更穩定的磁場，有助于更有效地約束等離子體，減少等離子體的不穩定性。
仿星器線圈結構設計多樣，從“8”字形線圈發展到模塊化線圈
在環形磁場中，帶電粒子沿磁力線運動會發生磁場曲率漂移和磁場梯度漂移，使得電子和離子在容器頂部和底部積累，最終導致帶電粒子撞上容器壁而損失。仿星器通過改變環形線圈的空間布局或者添加額外的線圈，扭轉磁力線，產生螺旋磁力線，從而避免粒子損失。自仿星器誕生以來，產生了多種線圈結構設計方式。
原始仿星器通過扭轉磁力線和真空容器室約束等離子體，大尺寸裝置建造難度大。仿星器的原始概念由斯必澤教授于1951 年提出，是一種“8”字形仿星器，通過將兩個環形磁場斷開、扭曲、對接，構成了“8”字形磁力線。在右側彎管時，離子被推向上部，電子被推向下部；在左側彎管時，電子被推向上部，離子被推向下部，最終粒子的偏離相互抵消，實現對等離子體的約束。但由于“8”字形仿星器的結構獨特，導致大尺寸裝置建造困難。
標準仿星器采用螺旋線圈和環形線圈組合產生螺旋形磁場，建造成本高。標準仿星器的結構是在簡單環形線圈的基礎上增加若干組螺旋線圈。通過環向磁場線圈和螺旋磁場線圈的組合，從而扭轉磁場讓磁力線連接環形容器的頂部和底部，形成螺旋形磁場，同樣能夠消除頂部和底部的電荷積累，避免漂移損失。W7-A 采用環向磁場線圈和螺旋磁場線圈組合的設計，在結構上不存在明顯的制造困難，但由于環向磁場線圈和螺旋線圈是互相嵌套的，至少一個線圈需要現場繞制，很難大規模生產，導致質量控制難、成本高。
先進仿星器采用模塊化線圈直接產生螺旋形磁場，提高生產效率/降低成本。將仿星器線圈展開至平面可以發現，環向磁場線圈和螺旋磁場線圈構成是具有一定周期性的重復結構。因此通過構造模塊化線圈，并按照一定的規則排列，可以產生等效的電流分布和螺旋形磁場。通過模塊化線圈直接產生螺旋形磁力線，可以避免環向磁場線圈和螺旋磁場線圈的嵌套，從而符合工業化規?；a的要求，提高效率、降低成本。并且模塊化線圈能夠帶來寬裕的優化空間，便于分析熱核聚變等離子體在復雜三維磁場中的運動，探索最佳的磁場形態。
國外仿星器研究處于領先地位，中國實現0 到1 突破
德國仿星器取得等離子體持續時間的里程碑成就， 日本實現無中子核聚變。德國Wendelstein 7-X 是世界上最大的仿星器，于2015 年12 月開始運行。2023 年2 月15 日，W7-X 在實驗中成功實現1.3GJ 的能量周轉，高溫等離子體持續時間長達8 分鐘。W7-X 下一階段目標實現長達30 分鐘的連續放電。大型螺旋裝置（LHD）由日本國家聚變科學研究所（NIFS）管理運營，是繼W7-X 之后的世界第二大超導仿星器。2023 年首次在LHD 中實現了氫-硼聚變實驗，反應產物僅3 個α粒子，證明了無中子核聚變的可行性，使制造更清潔的聚變堆成為可能。螺旋對稱實驗（HSX）是美國開發的一種具有準螺旋對稱磁場結構的仿星器，磁場結構的高場和低場區域以螺旋狀環繞設備，能夠提供更高的約束性能。
中國準環對稱仿星器（CFQS）啟動建設，將填補仿星器研究領域空白。2023 年5 月6 日，西南交通大學與日本國家核融合科學研究所共同設計和建造的準環對稱仿星器在四川啟動建設。該裝置中心磁場強度1T、大半徑1m、平均小半徑0.25m，磁場呈準環對稱性，是當今受控核聚變仿星器領域磁場位形最先進的裝置，建成后將填補中國仿星器相關研究領域空白，實現0 到1 的突破。
仿星器理論約束能力更強，設計復雜性是發展限制因素
仿星器具有出色的理論約束能力，但計算機模擬和制造能力要求高且存在局部磁鏡導致粒子損失。由于仿星器直接利用外部線圈產生環形螺旋磁場，不需要產生等離子體電流，這使得裝置不會受到等離子體電流導致的不穩定性影響，可以避免等離子體電流引起的破裂風險，容易實現穩態運行。但仿星器由于其三維不對稱性，建造起來更復雜，其磁體的設計和加工要求達到非常高的精準度，否則可能影響整體性能。由于上世紀的計算機模擬水平和工藝制造水平低，仿星器建設周期長，發展緩慢。此外，模塊化仿星器的線圈數目非常多且極不規則，會形成大量局部磁鏡，這將導致一些粒子被“捕獲”在局部磁鏡中，無法完整地完成環向運動，導致帶電粒子損失。