近日，星能玄光团队联合中科大KMAX-FRC聚变组在国际期刊《Physics of Plasma》、《Plasma Science and Technology》和《Plasma Physics and Controlled Fusion》上连续发表三篇重要论文。这些研究结果涵盖了场反位形（FRC）的系统简化与不稳定性机制研究、燃料补充及致稳手段验证，为星能玄光建设的高密度场反聚变堆KMAX-U奠定了进一步的实验基础。
一、场反系统简化与不稳定性研究
形成FRC等离子体的方法有很多种，包括旋转磁场驱动电流法、同轴慢源法，以及场反θ角向箍缩（FRTP）法。其中，FRTP方法因其操作简便且能够在阿尔芬时间尺度内实现高离子温度，成为生成高通量FRC的主流技术。然而，FRC在传输过程中容易发生分裂。
实验采用了一种新的FRC形成方法，称为Gun-Plasma Reversed-Field Formation (GPRF) 方法。该方法首创了等离子体枪作为场反位形的源，并利用直流背景磁场作为偏置场，大幅简化了场反位形的系统复杂度，最终形成具有更高捕获磁通量、更大半径的FRC，有助于场反位形聚变堆的工程化实现。
在后续实验中，场反位形在传输过程中的分裂现象得以研究。进一步的研究显示，分裂现象的发生与场反位形拉长比的关系密切，为星能玄光发展大体积场反聚变堆和场反压缩技术提供了实验基础。
二、等离子体注入技术
传统的磁镜装置中，等离子体通常通过两端的等离子体枪注入，这种方法效率较低，且难以完全填充中央区域。
为此，团队开发了一种新型高密度等离子体注入系统-KMAX-CTI，该系统通过同轴放电的方式生成高密度等离子体，利用霍尔作用力实现等离子体的高效注入。实验表明，新的等离子体注入技术能够有效将等离子体注入KMAX中央区域。同时，实验还验证了等离子体必须具有足够的动能才能穿透磁场，而14kV被认为是KMAX装置中等离子体穿透的阈值电压。
这项新的注入方法，后续将用于场反位形的燃料补充，对于维持场反聚变堆高密度、高功率输出特性具有重要意义。
三、磁流体不稳定性控
制MHD不稳定性在磁约束聚变装置中广泛存在，磁镜系统面临的一个关键挑战是槽型模不稳定性（flute-mode instability），这种不稳定性会显著降低等离子体的约束效率，导致等离子体宏观地推向壁面。
研究人员通过外加四极场（Quadrupole Field，QPF）的方式成功实现了槽型不稳定性的致稳，并探究了磁压、磁场曲率对不稳定性发展的影响作用。实验结果表明：
- 偶极四极场在抑制槽型不稳定性方面表现出色，仅需较小的电流（2.4 kA，不到纵向磁场的5%）就能有效稳定槽型模，同时对系统的对称性影响较小。相比之下，奇极四极场虽然也能提供一定的稳定性，但效果远不如偶极四极场，且无法产生有效的磁压力梯度。
- 同时，研究人员还发现，尽管QPF配置有助于稳定槽型模，但随着QPF强度的增加，整体约束能力会降低。这也为未来磁约束等离子体的研究提供了新的视角，强调了在实现有效稳定性和提高约束性能之间找到平衡的重要性
相关成果将被推广应用于未来聚变堆中不稳定性的反馈控制，以进一步提升等离子体的约束性能，实现场反聚变堆的高效稳态运行。
参考资料：
- https://pubs.aip.org/aip/pop/article/32/3/032506/3339447/Optimizing-FRC-formation-and-splitting-behavior
- https://iopscience.iop.org/article/10.1088/2058-6272/adbe9f
- https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6587/adb3cc