仿星器

仿星器是一种仅通过外部磁线圈来约束等离子体的磁约束核聚变装置。它于1951年由莱曼·斯皮策发明。在日本，大型螺旋装置（LHD）处于世界领先地位。

基本原理

简单的环形形状中，由于磁场梯度和曲率，荷电粒子会因漂移而丢失。仿星器通过外部线圈的几何配置产生旋转变换来解决这个问题。旋转变换是指磁力线在绕环形一周期间在极向方向前进的角度。

托卡马克通过等离子体电流产生旋转变换，而仿星器仅使用外部线圈。这一差异使仿星器本质上可以实现稳态运行，等离子体电流不会急剧消失（破裂）在原理上不会发生。另一方面，线圈形状变为三维复杂形状。

主要有以下构型：

仿星器的三维磁场曾存在捕获粒子异常输运的问题。1980年代发现的准对称性概念正在解决这个问题。

当磁场强度具有特定对称性时，粒子轨道闭合，输运受到抑制。准轴对称（QA）、准螺旋对称（QH）、准等磁场（QI）等构型存在，W7-X设计为QI构型。

Wendelstein 7-X（德国）是世界最大的优化仿星器大半径5.5m，磁场强度3T。2015年开始运行，正在证实设计预期的约束性能。

大型螺旋装置（日本）是世界最大的螺旋型装置大半径3.9m，磁场强度3T。1998年开始运行，实现了1小时以上的连续等离子体维持和氘实验。

HSX（美国）是世界上首次实现准螺旋对称的装置，实验证实了输运改善。

仿星器线圈需要高精度制造复杂的三维形状。W7-X要求设计精度在1mm以内。通过超导技术、高精度绕线夹具、统计质量管理等得以实现。高温超导体的进步使更紧凑和低成本的设计成为可能。

仿星器具有稳态运行、无破裂、无需电流驱动等作为发电堆的优点。德国HELIAS概念和民间企业（Type One Energy等）正在进行商用化探讨。课题包括线圈制造成本、约束性能的提高、适合三维形状的包层设计等。