新一代聚变装置创等离子体压力新高，向能量增益迈进关键一步
在近日举行的美国物理学会等离子体物理分部年度会议上，Zap Energy公司透露，其最新研发的“聚变Z箍缩实验3”（FuZE-3）装置在实验中实现了830兆帕的电子压力，等离子体总压力达到约1.6吉帕。这一数据刷新了剪切流稳定Z箍缩技术中等离子体压力的历史纪录，标志着聚变能研究朝向实现能量增益的目标迈出了重要一步。
FuZE-3的等离子体室长度仅为约3.66米，却能生成几毫米宽的高温高密度等离子体丝。图片来自Zap Energy官网。
在可控核聚变研究中，实现高温高密度等离子体是核心挑战之一。而等离子体的压力是温度与密度的综合体现，压力越高，聚变反应的发生率越高，从而更接近净能量输出的突破。与追求极高压力或超长约束时间的其他技术路线不同，Zap Energy采用的剪切流稳定Z箍缩技术，更注重在压缩效率与等离子体稳定性之间取得平衡。
本次实验中，团队使用“光学汤姆孙散射”手段对等离子体进行了精确测量，测得电子压力达到830兆帕。等离子体不仅由电子构成，还含有质量更大的离子。当电子与离子温度接近时，两者的贡献叠加，使总压力达到电子压力的两倍左右，即1.6吉帕。1吉帕相当于海平面大气压的约一万倍，或马里亚纳海沟底部压力的十倍。这种高压状态可持续约1微秒。
在FuZE-3近期的实验中，多次放电结果显示，电子密度维持在3×1024 m-3至5×1024 m-3之间，电子温度超过1 keV，约合1167万摄氏度。
FuZE-3的目标是提高“三重乘积”——即密度、温度与约束时间的乘积，这是衡量聚变反应性能的重要参数。
剪切流稳定Z箍缩技术开启聚变新路径
不同于常见的托卡马克装置，Zap Energy采用的剪切流稳定Z箍缩技术利用强磁场与高密度等离子体来约束并加热氢等聚变燃料。这种方法在装置设计上更为简洁，具备成本优势，且装置尺寸可大幅缩小。
实现净能量增益是聚变能从实验室走向实际应用的关键一步。此次FuZE-3在等离子体性能上的突破，表明该技术在实现可控核聚变方面具备现实可行性，为人类探索可持续、清洁的未来能源提供了新的技术路径。