1月21日，日本京都聚變工程公司(Kyoto Fusion Engineering)宣布已成功向英國托卡馬克能源公司(Tokamak Energy)交付了一套先進的回旋加速器系統。該回旋加速器預計將于今年安裝在托卡馬克能源公司的ST40球形托卡馬克裝置上，并在聚變試驗工廠設計中發揮關鍵作用。

回旋加速器，左為 Morgan，左三為 Sakamoto，左二為加熱和電流驅動團隊負責人 Emma Wooldridge，左三為高級技術顧問 Vladimir Shevchenko(圖片來源：Tokamak Energy)

據悉，這一全新的回旋加速器在加熱和控制ST40中氫等離子體的溫度方面發揮關鍵作用，將在18個月內為托卡馬克能源公司提供1兆瓦的射頻功率。它通過產生高功率電磁波來控制和加熱氫等離子體，使等離子體溫度遠超太陽表面溫度。此外，它還將有助于啟動和維持等離子體電流，從而推動商業聚變能源所必需的技術發展。該系統已于去年12月交付至托卡馬克能源公司位于牛津郡的總部，目前正在京都聚變工程公司等離子體加熱專家的支持下進行安裝和調試工作。

托卡馬克能源公司戰略合作總監羅斯·摩根(Ross Morgan)表示：“我們非常高興能與京都聚變工程公司攜手合作，為我們的ST40聚變裝置增加這一重要升級。ST40將繼續運行，測試和突破新的界限。未來，使用高功率回旋管加熱系統的實驗結果將為我們提供關鍵數據，助力未來球形托卡馬克試驗工廠的設計。我們的使命是在2030年代實現清潔、無限的聚變能源的商業化。”

京都聚變工程公司首席執行官、首席聚變工程師兼聯合創始人Satoshi Konishi表示：“我們非常榮幸能為托卡馬克能源公司的ST40項目做出貢獻。此次合作是公私合作和國際合作的典范，得到了英日兩國的大力支持。這標志著我們在聚變能源開發方面邁出了重要一步。我們致力于提供世界一流的回旋加速器和卓越的工程支持，期待與托卡馬克能源公司共同努力，實現清潔、可持續聚變能源的共同目標。”

回旋加速器的工作原理是通過一束電子穿過強磁場進行加速，當電子被加速到發射微波輻射的程度時，微波輻射會通過波導導向聚變燃料(氫的同位素)的等離子體。微波的頻率經過調整，與等離子體中電子的回旋共振頻率相匹配(ST40為104GHz或137GHz)。當微波與等離子體相互作用時，它們將能量傳遞給電子，從而加熱并驅動等離子體。回旋加速器采用電子回旋共振加熱，解決了球形托卡馬克面臨的一個關鍵挑戰——中央螺線管空間有限。回旋加速器的應用意味著中央螺線管的尺寸可以減小。

托卡馬克能源公司計劃同時使用現有的中性束加熱和回旋管加熱，這將有助于加深對回旋管工作原理、所需控制系統以及兩種加熱形式之間最佳平衡的理解。

托卡馬克能源公司于2009年從英國原子能管理局分離出來。該公司致力于聚變能源的研究與開發，并在近年來取得了一系列重要進展。2023年2月，托卡馬克能源公司宣布將在2026年前在英國原子能管理局位于英格蘭牛津附近的卡勒姆校區建造一個原型球形托卡馬克ST80-HTS，以展示高溫超導磁體的全部潛力，并為其聚變試驗工廠的設計提供參考。此外，該公司還計劃在全球范圍內部署500兆瓦的商業工廠。

去年12月，美國和英國能源部宣布將與托卡馬克能源公司合作，斥資5200萬美元對ST40聚變設施進行升級，升級后將在其內壁涂上鋰。ST40聚變設施利用外加磁場來約束等離子體，為私人所有，價值超過1億美元。此次升級將進一步提升ST40的性能，為聚變能源的商業化進程提供有力支持。

此前，托卡馬克能源公司曾與普林斯頓等離子體物理實驗室和橡樹嶺國家實驗室合作，將ST40的溫度提高到太陽溫度的六倍，成為第一家等離子體溫度達到1億攝氏度的私營公司，這是實現商業聚變能源所需的關鍵參數之一。這兩家實驗室將繼續利用各自的專業知識協助ST40的升級工作。