1月21日，日本京都聚变工程公司(Kyoto Fusion Engineering)宣布已成功向英国托卡马克能源公司(Tokamak Energy)交付了一套先进的回旋加速器系统。该回旋加速器预计将于今年安装在托卡马克能源公司的ST40球形托卡马克装置上，并在聚变试验工厂设计中发挥关键作用。

回旋加速器，左为 Morgan，左三为 Sakamoto，左二为加热和电流驱动团队负责人 Emma Wooldridge，左三为高级技术顾问 Vladimir Shevchenko(图片来源：Tokamak Energy)

据悉，这一全新的回旋加速器在加热和控制ST40中氢等离子体的温度方面发挥关键作用，将在18个月内为托卡马克能源公司提供1兆瓦的射频功率。它通过产生高功率电磁波来控制和加热氢等离子体，使等离子体温度远超太阳表面温度。此外，它还将有助于启动和维持等离子体电流，从而推动商业聚变能源所必需的技术发展。该系统已于去年12月交付至托卡马克能源公司位于牛津郡的总部，目前正在京都聚变工程公司等离子体加热专家的支持下进行安装和调试工作。

托卡马克能源公司战略合作总监罗斯·摩根(Ross Morgan)表示：“我们非常高兴能与京都聚变工程公司携手合作，为我们的ST40聚变装置增加这一重要升级。ST40将继续运行，测试和突破新的界限。未来，使用高功率回旋管加热系统的实验结果将为我们提供关键数据，助力未来球形托卡马克试验工厂的设计。我们的使命是在2030年代实现清洁、无限的聚变能源的商业化。”

京都聚变工程公司首席执行官、首席聚变工程师兼联合创始人Satoshi Konishi表示：“我们非常荣幸能为托卡马克能源公司的ST40项目做出贡献。此次合作是公私合作和国际合作的典范，得到了英日两国的大力支持。这标志着我们在聚变能源开发方面迈出了重要一步。我们致力于提供世界一流的回旋加速器和卓越的工程支持，期待与托卡马克能源公司共同努力，实现清洁、可持续聚变能源的共同目标。”

回旋加速器的工作原理是通过一束电子穿过强磁场进行加速，当电子被加速到发射微波辐射的程度时，微波辐射会通过波导导向聚变燃料(氢的同位素)的等离子体。微波的频率经过调整，与等离子体中电子的回旋共振频率相匹配(ST40为104GHz或137GHz)。当微波与等离子体相互作用时，它们将能量传递给电子，从而加热并驱动等离子体。回旋加速器采用电子回旋共振加热，解决了球形托卡马克面临的一个关键挑战——中央螺线管空间有限。回旋加速器的应用意味着中央螺线管的尺寸可以减小。

托卡马克能源公司计划同时使用现有的中性束加热和回旋管加热，这将有助于加深对回旋管工作原理、所需控制系统以及两种加热形式之间最佳平衡的理解。

托卡马克能源公司于2009年从英国原子能管理局分离出来。该公司致力于聚变能源的研究与开发，并在近年来取得了一系列重要进展。2023年2月，托卡马克能源公司宣布将在2026年前在英国原子能管理局位于英格兰牛津附近的卡勒姆校区建造一个原型球形托卡马克ST80-HTS，以展示高温超导磁体的全部潜力，并为其聚变试验工厂的设计提供参考。此外，该公司还计划在全球范围内部署500兆瓦的商业工厂。

去年12月，美国和英国能源部宣布将与托卡马克能源公司合作，斥资5200万美元对ST40聚变设施进行升级，升级后将在其内壁涂上锂。ST40聚变设施利用外加磁场来约束等离子体，为私人所有，价值超过1亿美元。此次升级将进一步提升ST40的性能，为聚变能源的商业化进程提供有力支持。

此前，托卡马克能源公司曾与普林斯顿等离子体物理实验室和橡树岭国家实验室合作，将ST40的温度提高到太阳温度的六倍，成为第一家等离子体温度达到1亿摄氏度的私营公司，这是实现商业聚变能源所需的关键参数之一。这两家实验室将继续利用各自的专业知识协助ST40的升级工作。