美国初创公司的聚变能源装置创下等离子体压力纪录，堪比地壳压力

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https://interestingengineering.com/energy/record-breaking-plasma-pressure

在清洁能源的终极圣杯——可控核聚变——的漫长征途上，一家来自西雅图的初创公司Zap Energy，刚刚以一种惊人的方式，展示了“小即是美”的颠覆性潜力。在其最新的FuZE-3装置中，研究人员成功地创造并维持了一个压力高达1.6吉帕斯卡（GPa）的等离子体团，这一数值不仅堪比地球地壳深处的巨大压力，更是传统聚变路径之外的一次里程碑式的胜利。这项成果标志着一种更紧凑、更经济的聚变能源方案，正在从理论走向现实，并为这场高风险、高回报的全球竞赛注入了新的活力。

舍弃“甜甜圈”的另类路径

自核聚变研究诞生以来，主流路径一直被“托卡马克”（Tokamak）装置所主导。这种甜甜圈形状的磁约束巨兽，通过强大的超导磁体将炽热的等离子体悬浮在真空室中心，以防止其触碰并熔化容器壁。国际热核聚变实验堆（ITER）正是这一路线的巅峰之作，其规模之宏大、结构之复杂、耗资之惊人，都使其成为人类历史上最雄心勃勃的科学工程之一。

然而，Zap Energy选择了一条截然不同的道路：Z箍缩（Z-pinch）。这个概念本身与聚变研究一样古老，其原理是利用强大的电流通过等离子体时产生的自身磁场（洛伦兹力），将等离子体向中心轴线“箍缩”和挤压，从而达到聚变所需的高温和高密度。Z箍缩装置在结构上远比托卡马克简单，它不需要昂贵而复杂的外部磁体线圈，理论上可以实现更高的等离子体密度。但长久以来，它都受困于一个致命的缺陷：由箍缩效应产生的等离子体柱极不稳定，会像消防水龙带一样剧烈扭动和破裂，在达到聚变的条件之前就已崩溃。

Zap Energy的突破，正是在于他们找到了驯服这头“猛兽”的方法。他们开创性地引入了“剪切流稳定”（Sheared-flow Stabilization）技术。通过巧妙设计的电极，他们在等离子体柱的不同层之间制造出速度差异，形成一种强大的“流动剪切力”。这种力量就像一个无形的管道，有效地抑制了等离子体的不稳定性，使其能够在被极度压缩的状态下维持足够长的时间。

FuZE-3的等离子体腔体仅约12英尺长，产生几毫米宽的高温致密等离子体丝状体。 电击能量

在微秒间创造的极端世界

FuZE-3是Zap Energy最新、最先进的实验平台，它将剪切流稳定的Z箍缩概念推向了新的高度。与前代设备不同，FuZE-3首次采用了创新的三电极设计，这使得研究人员能够独立地控制驱动等离子体加速和压缩的力量。正如该公司实验物理学负责人科林·亚当斯（Colin Adams）所说，这为他们提供了一个“新的旋钮”，可以更精细地调整物理过程，从而实现更高的等离子体密度。

最近在美国物理学会等离子体物理分部年会上公布的数据，验证了这一设计的威力。在一系列实验中，FuZE-3在仅约一微秒的瞬间，创造出了一个温度超过1000电子伏特（相当于超过2100万华氏度），电子密度高达每立方米5x10²⁴个粒子的极端环境。在这样的条件下，测得的总等离子体压力接近1.6吉帕斯卡——这个数字相当于海平面大气压的1万倍，或马里亚纳海沟底部压力的10倍。这是在剪切流稳定的Z箍缩装置中记录到的史上最高压力。

这一成就意义非凡。在核聚变领域，“三重积”（即等离子体密度、温度和约束时间的乘积）是衡量其性能的核心指标。Zap Energy的成果表明，他们的紧凑型装置能够在极高的密度和温度这两个维度上达到世界领先水平，从而为实现能量增益（Q>1）——即产生的聚变能量超过维持反应所需的输入能量——铺平了道路。

商业聚变的经济账

Zap Energy的技术路线最吸引人的地方，或许在于其潜在的经济性。相较于需要庞大建筑、精密超导磁体和复杂激光系统的托卡马克或惯性约束聚变方案，Z箍缩装置的结构简洁，成本也因此大幅降低。Zap的整个装置长度仅约12英尺，其核心部分——那根被压缩到极致的等离子体细丝——直径仅有几毫米。

这种紧凑和相对低成本的设计，使得快速迭代和建造原型成为可能。Zap Energy的研发副总裁本·莱维特（Ben Levitt）表示，他们才刚刚开始探索FuZE-3的全部潜力，而下一代更强大的FuZE平台已在筹备中，预计今年冬季就能投入运行。这种“小步快跑”的开发模式，与传统大型科学工程动辄十数年的建设周期形成了鲜明对比，也正是吸引了雪佛龙、Equinor等能源巨头对其进行投资的关键原因。

如果Zap Energy能够最终证明其技术路线在商业上可行，它将彻底改变能源格局。一个小型、模块化的聚变反应堆，可以被部署在更靠近用电负荷中心的地方，无需庞大的电网基础设施。它不产生碳排放，也没有长期放射性废料，其燃料——氘和锂——在地球上储量丰富。这将是一种理想的清洁、安全、可靠的基载电力来源。

当然，从创造创纪录的压力到点亮一个城市的灯火，前路依然漫长。Zap Energy仍需证明他们可以将等离子体的约束时间延长，并最终实现持续、稳定的净能量输出。但FuZE-3取得的惊人成果，已经清晰地表明，通往聚变能源的道路不止一条。在巨型科学工程的光环之外，一条更敏捷、更经济、或许也更快的路径，正在被勇敢的创新者们一步步地开辟出来。