美國橡樹嶺國家實驗室（Oak Ridge National Laboratory，簡稱 ORNL）的研究人員最近開發了一種新型燃料顆粒注射器，這項技術在融合能源的研究中取得了重要的里程碑。這套高速注射系統成為了德國格賴夫斯瓦爾德的溫德斯坦 7-X（Wendelstein 7-X，簡稱 W7-X）恆星裝置中一項記錄突破實驗的關鍵，科學家們成功地將高性能等離子體維持了前所未有的 43 秒。這一成果代表著融合能源研究的一個顯著進展，因為其主要目標是維持所需的條件，以便實現淨能量增益。
在融合能源的研究中，評估這一成果的主要指標是融合的「三重產品」，該指標結合了三個變量：等離子體的離子溫度、密度和能量約束時間。為了能夠有效運作，這三個條件必須在較長的時間內同時達成與保持。維持這一三重產品是一項重大的技術挑戰，因為之前的融合實驗經常在某一或兩個必要領域達到高值，但要同時維持所有三個領域的高效運作則相當困難。
W7-X 恆星裝置是世界上最大的恆星裝置融合設備，過去已展示其在極端溫度下生成等離子體的能力。這種設備使用扭曲的磁場將等離子體束縛在環形腔室中，與較為普遍的托卡馬克（tokamak）設計相比，W7-X 的磁場設計更加複雜。然而，這一裝置也面臨著一個關鍵的限制。ORNL 工程師 Steve Meitner 指出，「W7-X 裝置之前雖然實現了短時間的高性能，但無法在高等離子體密度下持續運作。」如果密度和約束不夠，等離子體的能量會迅速消散。
為了解決 W7-X 的這一限制，ORNL 設計了一套連續顆粒燃料供應系統。研究人員解釋道，「這套系統為 W7-X 裝置注入一股連續的高速固體氫顆粒流，這些顆粒的形成溫度為絕對零度以上 12 度。」這些冷凍顆粒利用高壓氦氣脈衝加速，深度注入到恆星裝置的 3,000 萬度等離子體核心中。這種深度供應的方法比在設備邊緣噴出氣體更有效，能更好地提高等離子體的核心密度。
這一供應方式能為等離子體核心提供比其他燃料供應方式更多的燃料，並維持更高的等離子體密度。在恆星裝置中，這一特性對改善等離子體能量的約束也具有獨特的重要性。這種綜合效應使得高性能狀態得以在創紀錄的時間內持續。這些結果為驗證恆星裝置作為未來融合電廠可能設計的概念提供了有價值的數據。今年 5 月，在德國的 W7-X 設施中，科學家們已經創下了在高性能下持續融合級等離子體的世界紀錄。當時，Wendelstein 7-X 的運營負責人 Thomas Klinger 教授表示，「這一新紀錄是國際團隊的巨大成就。」
