一、基本概况
PSFC（Plasma Science and Fusion Center）最早可追溯到1976年成立的等离子体聚变中心（Plasma Fusion Center，PFC），现已成为世界著名的等离子体、聚变科学与技术的大学研究中心。PSFC位于美国马萨诸塞州剑桥市，临近查尔斯河，拥有超过15万平方英尺的多元化的实验室空间，容纳了储能、电源转换、射频源、核磁共振磁体和加速器等基础设施。其年研发投入超过4,000万美元，其中近一半来自于行业支持。
PSFC由6个研究部门组成，分别是：磁聚变实验、等离子体理论与计算、高能量密度物理学、等离子体科学与技术、聚变技术、磁共振。人员规模约250人。
二、研究领域
PSFC研究领域主要包括：
- 磁约束核聚变等离子体科学；
- 一般等离子体科学：等离子体-壁相互作用、高温等离子体诊断的开发以及理论和计算等离子体物理学；
- 高能量密度等离子体 （HEDP） 物理；
- 波和光束物理学：包括回旋管和高梯度加速器研究、光束理论发展、非中性等离子体和相干波产生；
- 高场超导体和超导磁体系统开发；
- 磁共振研究：核磁共振（NMR）、电子顺磁共振（EPR） 和磁共振成像（MRI）及其磁体开发；
- 纳米科学凝聚态物理学：包括量子相干行为电荷和自旋传输；
三、历任领导者
PSFC自成立以来，先后有4人担任主任一职，他们分别是：
1. Ronald Crosby Davidson：1941年出生于加拿大，1963年获得麦克马斯特大学学士学位，1966年获得普林斯顿大学物理学博士学位。1978-1988年，担任MIT PSFC首任主任，1991-1996年担任PPPL主任。2008年，Davidson教授获得James Clerk Maxwell Prize for Plasma Physics奖项，以表彰其对于对单组分非中性等离子体、强电荷粒子束和高温等离子体中集体非线性相互作用过程的物理学做出了开创性贡献。2016年5月，Davidson教授去世。
2. Miklos Porkolab：匈牙利出生，1963年获得英属哥伦比亚大学工程物理学学士学位，1967年获得斯坦福大学应用物理学博士学位。1995-2015年担任PSFC主任。2009年，Porkolab教授获得James Clerk Maxwell Prize for Plasma Physics奖项，以表彰其对线性和非线性等离子体波以及波-粒子相互作用的开创性研究以及相关领域做出的重要贡献。
3. Dennis Whyte：1986年获得萨斯喀彻温大学工程学士学位，并于1993年获得魁北克大学INRS博士学位。2015-2023年担任PSFC的第三任主任。而在其2006年加入麻省理工之前，Dennis Whyte先后在DIII-D聚变设施、加州大学圣地亚哥分校和威斯康星大学任职。值得一提的是，PSFC与CommonWealth Fusion Systems合作开发的SPARC项目，其设想来源于Dennis Whyte的课程。
4. Nuno Loureiro：2005年获得伦敦帝国理工学院获得博士学位，2009-2015年，Loureiro在里斯本IST等离子体和核聚变研究所担任研究员。Nuno Loureiro主要研究领域包括磁重联、等离子体湍流等等。2024年5月1日，他正式担任PSFC的第四任主任。
四、衍生公司
1. Commonwealth Fusion Systems，简称CFS，成立于2018年，总部位于美国马萨诸塞州剑桥市。CFS专注于将核聚变能源技术推向市场，并与PSFC合作共同开发SPARC。CFS现已成功融资20亿美元，员工超过1,000人。
SPARC是一个旨在实现净能量增益的核聚变装置。该项目将利用最新的HTS磁体技术，这种技术使得在更小的空间内实现更强的磁场成为可能。SPARC的设计目标是产生50-100MW的聚变功率，实现聚变增益Q>10。2021年9月，CFS成功展示了一种大口径、高磁场（20T）的磁铁，这种磁体技术将用于构建SPARC。预计2026年，SPARC获得第一个等离子体，并实现Q>1；2030年代，第一座ARC聚变发电厂竣工。
五、聚变装置
1. Alcator A：1973–1979年运行的紧凑型托卡马克装置，也是世界上第一台使用空芯变压器进行欧姆电流驱动和加热的托卡马克装置。该装置是由麻省理工物理系教授Coppi与弗朗西斯比特磁实验室（Francis Bitter Magnet Laboratory）的工程师合作开发，并将其命名为Alcator（Alto Campo Toro，高场环面）。随着后来Alcator C和Alcator C-Mod的建立，最初的Alcator被追溯重命名为Alcator A。
2. Alcator C：1978-1987年运行，与Alcator A相比，Alcator C拥有更大的尺寸和磁场强度，达到了0.64m、13T。
3. Alcator C-Mod：1991-2016年运行的托卡马克装置。1985年底正式向美国能源部提出，1986年获得批准。该装置使用离子回旋加速器射频（ICRF）加热作为其主要辅助加热源。2016年，Alcator C-Mod创造了磁约束聚变装置中等离子体压力的世界纪录，达到2.05个大气压，比之前的1.77个大气压（同样由 Alcator C-Mod保持）高出15%。其等离子体温度达到3,500万摄氏度并持续了2秒，产生了600万亿次聚变反应。装置主要参数为：大半径0.68m，小半径0.22m，等离子体体积为1立方米，环形磁场强度为3T-8T，等离子体电流为0.4-2.0MA。
4. LDX（Levitated Dipole Experiment）：由MIT和哥伦比亚大学合作的悬浮偶极场项目，1998年在PSFC启动建设，2004年8月首次实现等离子体放电，2007年11月第一次实现偶极场线圈悬浮。LDX是世界上唯一利用等离子体可压缩性稳定效应约束压强等离子体装置。该装置已于2010年退役。
5. ADX（Advanced Divertor Experiment），即高级偏滤器实验，目前仍处于设计阶段。该项目设想通过采用先进的偏滤器、射频致动器和反应堆原型堆芯等离子体条件，开发出一种可以在强磁场下工作的紧凑型托卡马克装置。
参考链接：
- https://en.wikipedia.org/wiki/MIT_Plasma_Science_and_Fusion_Center
- https://cn.comsol.com/blogs/mits-psfc-designs-a-tokamak-to-survive-plasma-disruptions
- https://web.mit.edu/annualreports/pres21/2021.18.13.pdf
- https://www.psfc.mit.edu/research/topics/alcator-c-mod-tokamak
- https://www.psfc.mit.edu/research/topics/adx-advanced-divertor-experiment
- https://www.psfc.mit.edu/news/2024/nuno-loureiro-named-new-director-of-mits-plasma-science-and-fusion-center