2024年3月，德国联邦教研部部长Bettina Stark-Watzinger公布了《聚变2040—通向聚变发电站的研究》计划。该计划将会为马克斯·普朗克等离子体物理研究所（Max-Planck-Institute for Plasma Physics，IPP）、卡尔斯鲁厄理工学院 (Karlsruhe Institute of Technology，KIT) 和于利希研究中心 (Forschungszentrum Jülich，FZJ) 在聚变能技术研究上提供资助，目标是以应用为导向，采取公私合作模式，支持科研机构、高校和企业共同开展研发，在2030年以前推进建设核聚变电厂所需的相关技术、建筑材料和设备的研发，并在2040年左右建成核聚变发电站原型。
IPP概况
马克斯·普朗克等离子体物理研究所（Max-Planck-Institute for Plasma Physics，IPP），是欧洲最大的聚变研究中心，成立于1960年，在Garching、Greifswald分别设有分支，隶属于马克斯·普朗克学会。IPP研究领域覆盖高温氢等离子体在磁场中的限制、等离子体加热、等离子体诊断、磁场技术、数据采集和处理、等离子体控制、等离子体理论、材料研究和等离子体-壁相互作用。截至2023年，IPP员工总数约1,100人。
马克斯·普朗克科学促进学会（Max Planck Gesellschaft，MPG），总部位于德国慕尼黑，是德国最大的非大学性质的科研学术组织，致力于自然科学、生命科学和人文科学等领域的基础研究工作。学会目前下设84个研究所和实验室，其中4个研究所和1个实验室分布在海外，另有17个与各国顶尖科研学术机构共建的国际研究中心，每年在国际刊物上发表的学术论文总计15000余篇。其前身是成立于1911年的威廉皇帝科学促进学会（Kaiser Wilhelm Gesellschaft，KWG），首任主席是学会的倡导者、神学家哈纳克（Adolf von Harnack）。1948年，为纪念德国物理学家、量子论创立者普朗克而更名为马克斯·普朗克科学促进学会。KWG被认为是世界上最重要的基础研究机构之一，也是德国获得诺贝尔奖最多的科研机构（超过33次）。
IPP管理架构
理事会：负责开展日常业务，决定预算资金的使用，监督和管理研究工作的过程，决定人事事项，并在内部和外部代表IPP。
科学董事会：由IPP正式科学成员组成，负责制定研究计划，并决定研究目标的时间、人员和资金分配方案。
监事会：负责就科学计划及其对拟议预算的影响向理事会和科学理事会提供咨询意见。
顾问委员会：负责就与研究项目规划和实施有关的事项提供咨询意见，同时就IPP科学发展向KWG主席提供建议。
科学家代表委员会：由IPP的科研人员选举产生，负责向IPP理事会提供建议，并就与人事有关的重要事项提供咨询意见。
员工代表委员会：由Garching、Greifswald的员工选举产生，负责维护员工劳资关系。
IPP使命和具体任务
作为EUROfusion联盟的成员和协调者，IPP负责对高温等离子体进行实验和理论研究，并处理等离子体-壁相互作用的相关问题，目的是确定设计聚变发电厂的物理原理。具体任务包括：
- 为ITER实验做准备
- 为未来的示范聚变发电厂DEMO开发概念
- 验证仿星器作为聚变反应堆概念的可行性
IPP发展历程
-1960年6月，Max Planck Society、Werner Heisenberg共同出资成立Institut für Plasmaphysik GmbH。
-1961年1月，Institut für Plasmaphysik GmbH被纳入欧洲核聚变计划。
-1969年，Wendelstein 2-A利用相对冷的、低密度模型等离子体在仿星器中实现了良好的等离子体约束能力，证明了有关理论预测的正确性。
-1971年，Institut für Plasmaphysik GmbH正式更名为Max Planck Institute for Plasma Physics；
-1971年，第一台仿星器装置Wendelstein 1-A研制成功。
-1970年，IPP启动首个托卡马克装置-Pulsator的规划工作。
-1973年，Pulsator投入使用。
-1975年，仿星器装置Wega开始运行。同年，Wendelstein 7-A也投入运行。
-1980年，ASDEX投入使用。
-1982年，在ASDEX发现H模式。
-1988年，Wendelstein 7-AS仿星器投入运行。
-1988-2006年，IPP为ITER计划的规划小组提供技术场地。
-1991年，ASDEX Upgrade产生第一个等离子体。
-1994年，IPP Greifswald成立。
-2007年，ASDEX Upgrade的第一壁完成改造，材料选择全钨金属。
-2014年，W7-X主体安装结束。
-2017年12月，W7-X在4,000万度的温度下，等离子体密度达到0.8*10^20/m^3，脉冲持续时间保持了26秒，产生了75MJ的能量周转，实现了仿星器聚变新的世界记录。
-2023年2月，W7-X在平均加热功率为2.7兆瓦情况下，等离子体放电持续了480秒，产生1.3GJ的能量周转，这比之前达到的最大值（75MJ）高出17倍。
IPP聚变装置
IPP是世界上唯一一个同时研究托卡马克和仿星器聚变装置的科研机构，其装置包括：
Pulsator：IPP研发的第一台托卡马克装置，1973-1979年在Garching运行，其等离子体仅由电流加热。具体参数为：大半径0.7m，小半径0.12m，磁场2.7T，等离子体电流0.125MA，加热功率0.13MW，等离子体体积0.2m^3。
ASDEX （Axially Symmetric Divertor Experiment）：配备了中性粒子和高频加热、等离子体电流加热的托卡马克装置。1980-1990年在Garching运行。具体参数为：大半径1.65m，小半径0.4m，磁场2.8T，等离子体电流0.5MA，加热功率9MW，等离子体体积5.3m^3。ASDEX首次验证了偏滤器，并实现了H模运行，这成为了现代托卡马克的基础。1995年，ASDEX移交给中国的核工业西南物理研究院（585所）。2002年开始，ASDEX以新名称HL-2A继续运行。
ASDEX Upgrade（Axially Symmetric Divertor Experiment Upgrade）：1991年开始运行的托卡马克装置，是德国第二大聚变实验装置，仅次于仿星器W7-X。具体参数为：大半径1.6m，小半径0.8m，磁场3.2T，等离子体电流1.4MA，加热功率27MW，等离子体体积13m^3。ASDEX Upgrade的等离子体加热和电流驱动由多种方式提供，即1MW的欧姆加热、20MW的中性束注入、6MW的离子回旋共振加热 （ICRH）和8MW 的电子回旋共振加热 （ECRH），另一个创新点在于第一壁使用了全钨金属材料，使其能够承受托卡马克等离子体发出的非常高的热通量。
Wega：由IPP Garching和Centre d' Etudes Nucléaires的科学家共同规划、建造和运营的仿星器装置，1975-2013年间断运行的仿星器装置。具体参数为：大半径0.7m，小半径0.11m，磁场0.5T，加热功率26KW。2001年，Wega在IPP Greifswald再次启动，并更名为”Wendelstein Experiment at Greifswald for Training“，用于磁约束低温等离子体的研究以及W7-X的诊断和实验控制测试。2014年被移交至美国伊利诺伊大学，此后一直用于等离子体物理和聚变研究，更名为HIDRA，即“Hybrid Illinois Device for Research and Applications”。
Wendelstein 7-A ：是IPP的第一个大型仿星器装置，于1975-1985在Garching运行。具体参数为：大半径2m，小半径0.12m，磁场强度3.4T，加热功率2.9MW，等离子体体积为0.6m^3。其磁场由安装在等离子体容器周围的40个平面线圈产生的，利用缠绕在等离子体容器上的螺旋电流引线来扭曲磁力线。1980年，该装置在世界上首次使用热等离子体证明了“纯”恒星器原理，即没有等离子体电流的约束。
Wendelstein 7-AS ：IPP研发的先进仿星器的代表，于1988-2002年在Garching运行，具体参数为：大半径2m，小半径0.2m，磁场2.5-3.5T，等离子体体积为1m^3，最大加热功率5.6MA。Wendelstein 7-AS与以往的仿星器不同，其磁场是由一个新计算的、物理改进的三维扭曲线圈产生。Wendelstein 7-AS也是第一个安装了偏滤器的仿星器装置。Wendelstein 7-AS也打破了同尺寸的仿星器世界记录，实现了7,000万度的等离子体温度，能量限制时间长达40ms，并达到了类似反应堆的等离子体密度。
Wendelstein 7-X ：简称W7-X，2015年投入运行，是目前全球最大、最复杂的仿星器聚变装置，由IPP Greifswald负责运营。W7-X的磁场由50个非平面线圈（non-planar coils）和20个平面线圈（planar coils）提供，分为5个对称的区域，模块化线圈结构设计使得等离子体可以实现稳态运行。具体参数为：大半径5.5m，小半径0.53m，磁场强度3T，等离子体总容量为30立方米，加热功率14MW。2023年2月，W7-X在平均加热功率为2.7兆瓦情况下，等离子体放电持续了480秒，产生1.3GJ的能量周转，这比之前达到的最大值（75MJ）高出17倍。
IPP衍生公司
Proxima Fusion：成立于2023年，总部位于德国慕尼黑，由IPP、MIT和Google的前工程师和科学家创立，累计融资超过2,800万美元。旨在通过高温超导体准等动力（Quasi-Isodynamic，QI）仿星器提供最清晰、最稳健的聚变能源路径。其计划在2031年开发出高性能的仿星器，并预计在2030至2039年建设首个聚变发电厂。2024年4月，Proxima Fusion宣布获得2,170万美元的种子轮融资，由瑞士风险投资公司Redalpine领投，德国巴伐利亚州政府支持的风险投资公司Bayern Kapital、德国政府支持的高新科技与气候基金以及马克斯·普朗克基金会跟投。
参考链接：
- https://www.istis.sh.cn/cms/news/article/90/26847
- https://hr.edu.cn/xueshu/202207/t20220705_2236068.shtml
- https://www.ipp.mpg.de/3947773/hist_anlagen
- https://www.ipp.mpg.de/17194/geschichte
- https://de.wikipedia.org/wiki/Max-Planck-Institut_f%C3%BCr_Plasmaphysik