在探索宇宙之谜和追求清洁能量的征途上，科学界从未停歇。悬浮偶极子实验便是这一探索旅程中的一颗璀璨明珠，它向我们揭示了等离子体的秘密，并指引着我们走向核聚变能源的未来。
什么是偶极子
在物理学中，偶极子是由两个相反的电荷组成的系统，这两个电荷相互靠得很近，但它们的电性相反。最常见的偶极子例子就是磁铁，它的两极分别有北极和南极。当两个这样的偶极子相遇时，由于它们的相对位置和方向的不同，它们之间会产生吸引或排斥的力。
悬浮偶极子实验
悬浮偶极子实验（Levitated Dipole Experiment, 缩写：LDX）是一种新型核聚变实验装置，是由哥伦比亚大学应用物理系和麻省理工学院等离子体科学与聚变中心合作的项目，旨在探索磁偶极子场中等离子体约束的物理特性。该实验通过在反应器内部设置超导圆环来产生轴对称磁场，这种磁场类似于地球南北极，就像一个巨大磁铁正负两极。
上图就是LDX的实验装置图片，里面包含一个半吨重的大电流超导环，该环可以在直径为5米的真空容器内“悬浮”数小时。当电流环悬浮时，会产生一个具有非常高等离子体压力的大型实验室磁层，使研究人员能够观察到与磁场对齐的大型、缓慢移动的涡旋管。
正如麻省理工学院访问科学家Mike Mauel所说的，偶极子场的简单性为学生提供了空间物理学的实践经验，并使他们能够测试湍流混合和空间天气动力学的新见解。
我们国内也有一位致力于研究悬浮装置设计的科学家-东华理工大学张国书教授。
张国书教授与“天环一号”
张国书教授也是多年来从事聚变堆物理及核工程设计研究，早在1993年，就独立开发完成了国内第一个聚变-裂变混合堆共生系统程序，并成功应用于混合堆概念设计的堆芯等离子体、托卡马克磁体系统、包层/屏蔽系统、氚燃料循环系统、功率循环系统及裂变燃料循环系统参数及经济性优化。
近年来，张国书主要致力于悬浮装置设计研究，2019年，针对我国基础科研发展战略需求，他在国内首次提出发展“天环一号”悬浮偶极场磁约束等离子体物理大科学实验装置计划，并获江西省重点研发计划项目经费支持，负责研发我国第一个悬浮偶极场聚变实验装置——“天环一号”(CAT-1 China Astro-Torus No.1)偶极场聚变实验大科学装置项目。
据张国书教授介绍，偶极场聚变最大优点是：结构简单、等离子体不破裂、极高比压(大于100%)等，这些特性表明偶极场聚变可望用于建造稳态运行、无氚自持和14 MeV中子等先进聚变堆。
CAT-1装置的总体设计参数目标为：等离子体密度达到5×1019 m-3，等离子体温度达到500 eV以上，装置真空室半径达4m，超导环外表面磁场>5T，单项指标比国际上日本RT-1和美国LDX同类装置提高50-100%，处世界领先。
同时，在社会效益和经济效益上，CAT-1装置系统控制及超导磁体等技术研发过程产生的发明专利成果，广泛用于军工、医疗、能源、交通、通信等领域产业化技术产品开发。预计将产生直接经济效益超过10亿元，应用前景广阔。
在我国第三届发明创业奖成果奖评审结果公示，张国书负责的“天环一号”悬浮偶极场磁约束等离子体装置关键技术和应用获得了一等奖。由于这项颠覆性的世界前沿技术成果，他于2022年入选了欧洲自然科学院外籍院士。
总的来说，悬浮偶极子实验作为一项前沿的科学研究，对于我们理解宇宙中的基本物理过程以及开发新型能源具有深远的影响。随着国内外科学家的不懈努力，我们有理由相信，核聚变这一清洁、高效的能源形式终将成为现实，为人类的可持续发展贡献力量。同时，悬浮偶极子实验的成功也展示了中国在这一领域的科研实力和对未来能源技术的深刻洞察。