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磁惯性聚变与Z箍缩MagLIF

2026-08-30

磁惯性聚变与 Z 箍缩：往惯性约束里塞一个磁场，这条路走到哪了

2025 年 4 月 7 日，劳伦斯利弗莫尔国家实验室的国家点火装置打出了一发 8.6 兆焦的聚变产额，激光给了 2.08 兆焦，靶增益 4.13。这是人类在实验室里做到的最好成绩。同一年，在两千公里外的新墨西哥州阿尔伯克基，圣地亚国家实验室的 Z 装置打出了一发氘氘中子产额 2.33×10¹³ 的聚变实验——按圣地亚自己 2020 年给出的换算口径（1.1×10¹³ 个氘氘中子大约相当于 2 千焦的氘氚当量），这一发只有几千焦。两个数放在一起差了三四个数量级，但它们回答的不是同一个问题。

NIF 走的是纯惯性约束的路：用一百九十二束激光把一颗胡椒粒大小的靶丸压到几百克每立方厘米，压到热斑自己烧起来。这条路需要极高的内爆速度——每秒三四百公里——和极高的压缩比。圣地亚走的这条叫磁惯性聚变（magneto-inertial fusion，MIF），旗舰构型叫磁化套筒惯性聚变（Magnetized Liner Inertial Fusion，MagLIF）。它的思路不一样：既然把燃料压狠很难，那就先在燃料里塞一个磁场，让热量跑不出去，这样即使压得温和一点、慢一点，也能烧起来。代价是它现在离点火还远得多。

这篇文章把这条路从头到尾走一遍：Z 箍缩这个上世纪五十年代的老点子为什么没被扔掉，磁场到底在里面干什么，圣地亚从 2013 年到现在十几年里把产额从百亿级推到二十万亿级都动了哪些手脚，卡住它的是什么，以及世界上其他人在同一片参数空间里做了什么。所有论文、作者、机构、数字都逐条核实过，最后一节专门纠正流传最广的十几种误记。

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一、Z 箍缩：一根电流自己把自己掐断的等离子体

先说最基础的东西。Z 箍缩（Z-pinch）的原理简单得不像话：让一股大电流沿着一个圆柱形的等离子体往下流，电流会产生一个绕着柱子的环形磁场，这个磁场和电流本身作用，产生一个指向轴心的洛伦兹力。力指向里头，柱子就被自己掐细。掐细的过程中，等离子体被压缩、被加热。没有超导磁体，没有激光，一台电容器组就够了。这是人类最早尝试的聚变装置之一，上世纪五十年代英美苏都在做。

问题也来得很快。这根柱子极其不稳定。有两种最要命的不稳定性，名字很形象：一种叫香肠模（sausage mode，m=0），柱子上某一段掐得比别处细一点，那段就更细，最后整根断成一串香肠；另一种叫扭曲模（kink mode，m=1），柱子整体扭成麻花，一扭就碰到壁或者断开。这两种模的增长率在 Z 箍缩里是阿尔芬时间的量级，也就是说几十纳秒就把事情搞砸。五十年代的实验里，等离子体刚箍缩起来就散了，人们很快就判定这条路走不通，转去做磁镜、仿星器和托卡马克。

这个判定在很长一段时间里是对的。直到 1995 年，Uri Shumlak 和 C. W. Hartman 在《物理评论快报》上发了一篇论文，说如果在等离子体里加一个沿轴向的剪切流——也就是靠近轴心的等离子体流得快、靠外的流得慢，速度差足够大——m=1 的扭曲模就能被压住。他们算出来的阈值是剪切量（归一化后）大约 0.1。这只是一个数值计算，不是实验。

六年后，Shumlak 带着华盛顿大学的团队在《物理评论快报》上给出了实验证据。他们在 ZaP 装置上造出一根带强轴向流的 Z 箍缩，测到了超过七百倍预期不稳定性增长时间的稳定期，而且稳定期里实测的速度剪切确实高于理论阈值，稳定期一结束剪切掉到零、磁涨落立刻上来。这两篇论文——1995 年的理论和 2001 年的实验——是今天所有"剪切流稳定 Z 箍缩"工作的共同起点。Shumlak 后来成了 Zap Energy 的联合创始人和首席科学家，这家公司现在是把这条路往商业堆推的主力。

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二、中间那条路：磁惯性聚变的思想从哪来

要理解 MagLIF，得先理解它站在哪两个极端之间。

聚变有两个传统门派。磁约束（托卡马克是代表）用强磁场长时间关住稀薄的等离子体：密度极低（大约 10²⁰ 个粒子每立方米），但约束时间是秒甚至小时量级。惯性约束（NIF 是代表）反过来：把燃料压到极密（几百克每立方厘米，比水重几百倍），靠燃料自身的惯性维持大概零点几纳秒，趁它散开之前烧完。

1983 年，洛斯阿拉莫斯国家实验室热核应用组的 Irvin Lindemuth 和 R. C. Kirkpatrick 在《核聚变》上发表了一篇论文，用一个零维模型扫了几千个靶的参数。他们把过去惯性约束研究里一般不认真考虑的东西都塞进模型：磁场对内向压的壳体的反压力、磁场对热传导的压制、磁扩散、欧姆加热。扫完的结果里出现了一块全新的参数空间：燃料密度极低、内爆速度极低、对驱动器的要求比传统惯性约束低好几个数量级，但仍然能烧起来。他们当时就说，这意味着用现成的驱动装置就可能做到"收支平衡"。

这块新参数空间就是磁惯性聚变。它的物理图像是：先造一个已经被磁化的等离子体靶（温度一般在 100 到 300 电子伏，也就是一两百万度），然后用一个重的东西——可以是固体金属套筒、液态金属、或者等离子体——把它压一遍。磁场在这里干两件事：一是压住电子的横向热传导，让压缩产生的热量留在燃料里而不是漏到冷的套筒壁上；二是把聚变产生的带电粒子（主要是 α 粒子）关在燃料里继续加热。有了这两条，压缩比可以控制在十到三十倍，而不需要传统惯性约束那种三十倍以上、上百公里每秒的疯狂内爆。

代价是：你需要一个额外的磁场，需要预先把燃料加热到一百万度以上，需要一套能重复工作的重物质驱动器，还需要在压缩过程中不要让磁场跑掉。这四件事，每一件都不轻松。

Lindemuth 自己在 2015 年（那时他已经不在洛斯阿拉莫斯，署名地址是亚利桑那州图森）又发了一篇论文，把当年的模型扩展到三种靶位形——轴向场的柱形、环向场的柱形、环向场的球形，系统扫了一遍点火参数空间。结论之一是三种靶各自活在完全不同的初始密度区间：球形的初始密度要大于约 10¹⁷ 每立方厘米，环向场柱形要大于 10¹⁸，轴向场柱形——也就是 MagLIF 这种——要大于 10²⁰。这个差别直接决定了造靶的难度等级。

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三、MagLIF 的三件套：套筒、磁场、激光

MagLIF 是圣地亚提出的，第一篇文章是 2010 年 Stephen Slutz 等人在《等离子体物理》上发的，作者八个人全在圣地亚（Slutz、Mark Herrmann、Roger Vesey、Adam Sefkow、Daniel Sinars、Dean Rovang、Kyle Peterson、Michael Cuneo）。这篇文章做的事是：用数值模拟论证，用一台脉冲功率装置驱动金属套筒内爆，去压缩一块预先磁化、预先加热的氘氚燃料，能拿到有意义的聚变产额。

构型是这样的。一根大约一厘米高、几毫米外径的金属铍管（叫套筒或者衬管，liner），里面充氘气或者氘氚混合气，密度在每立方厘米一到五毫克。管子外面套一组亥姆霍兹线圈，在内爆之前先加一个沿轴向的磁场，十到二十特斯拉。内爆开始之前，一束激光从管子顶端的进光孔打进去，把气体加热到一两百电子伏。然后 Z 装置的电流上来了——一亿到两千万安培，在一百纳秒里上升到峰值——电流沿着套筒外表面往下流，产生的环形磁场把套筒往轴心压，速度大约每秒七十到一百公里。套筒压燃料，燃料绝热压缩升温，最后在滞止时刻（stagnation）达到几千电子伏、每立方厘米零点几克、持续两三纳秒。

这三样东西各自干什么，必须说清楚，因为很多科普把它们讲混了：

激光预热的作用是抬高燃料的初始温度。为什么需要？因为柱形几何吃亏：体积跟半径的平方成正比，球形是立方，所以柱形要达到同样的压缩程度，需要的内爆速度和压缩比都高得多。预热一下，燃料的"起点"高了，后面就不用压那么狠。Slutz 2010 那篇的估算是，用 5 到 10 千焦的绿光可以把氘氚燃料加热到 200 到 500 电子伏——当时设想由圣地亚的 Z-Beamlet 激光器提供。

轴向磁场的作用是隔热和关住 α 粒子。压缩过程中燃料里的主要热量搬运工是电子，它们会沿着温度梯度往冷的套筒壁上跑，把热量带走。加了轴向磁场之后，电子要横穿磁力线就得绕圈走，横向热传导被大幅压下来。同时，聚变产生的 α 粒子（带电）也被磁场关在燃料里继续沉积能量。Slutz 2010 的模拟显示，初始的轴向磁场有一部分被"冻结"在高电导率的预热燃料里，随压缩一起被放大到一亿高斯以上（10 MG 以上），这个强度的场足以同时压住径向的电子热传导和 α 粒子的径向逃逸。这里有个很关键的物理点：因为轴向场只需要把带电粒子关在径向上，而柱子里沿轴向还有长度，所以不需要闭合的磁场位形——这就省掉了磁镜、环流器那些麻烦。

金属套筒的作用是当那个"重的东西"。它质量大，惯性大，压缩完之后还能当一层厚壳继续压着燃料，把约束时间从纯惯性约束的零点几纳秒拉长到几纳秒。Slutz 2010 用二维 Lasnex 模拟算出一个硬约束：套筒的初始壁厚必须是半径的 10% 到 20%，太薄就撑不到底。这一条直接决定了后面十几年套筒工艺的走向。

同一篇文章也点明了最大的威胁：磁瑞利—泰勒不稳定性（magneto-Rayleigh-Taylor instability，MRT）。当磁场推着一个重的套筒去压里面轻的燃料时，这个界面是"重推轻"的加速界面，本质上就是瑞利—泰勒不稳定，磁场只能部分压制它。套筒一旦被 MRT 撕开，燃料就漏了，滞止压力上不去。从 2010 年到现在，MagLIF 所有的工程改进有大半是在跟这个不稳定性较劲。

2012 年，Slutz 和 Vesey 在《物理评论快报》上发了那篇著名的高增益论文。他们在 MagLIF 构型上加了一层冷冻的氘氚冰层：内爆先烧出一个被磁化的热斑，然后燃烧波从热斑径向传进外面那层密度高得多的冷氘氚里，只要有足够的热斑面密度，这波就能传下去。模拟结果是：驱动电流 60 兆安时增益超过 100，70 兆安时增益超过 1000。文章里还给了一个很实在的判据——惯性聚变电站需要的增益 G 满足 G ≈ 1/(η_E · f_RP · η_D)，其中 η_E 是发电效率（约 0.4）、f_RP 是必须回输给电站自己用的功率比例（约 0.25）、η_D 是驱动器效率。磁驱动内爆把电能送到套筒上的效率可以做到 20%，已经很高了，所以仍然需要增益 50 左右才够。这就是为什么"高增益"这件事那么重要：不是越高越好，是低于某个数就完全没有商业意义。

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四、2013 到 2014：第一次把三件套拼起来

2013 年 11 月，圣地亚在 Z 装置上做了第一批集成实验——第一次把磁场、激光、电流三样同时用上。2014 年 9 月 Matt Gomez 等人把结果发在《物理评论快报》上，作者名单三十来人，一作 Gomez，Slutz 和 Sefkow 紧随其后，Sinars 也在里面，全部来自圣地亚。

实验条件是：峰值电流 19 兆安、上升时间 100 纳秒；Z-Beamlet 激光给 2.5 千焦、1 太瓦、脉宽纳秒量级；轴向磁场 10 特斯拉；燃料是氘气，初始密度 0.7 或 1.5 毫克每立方厘米；铍套筒高 7.5 毫米、外半径 2.325 毫米、纵横比 6。

结果是：滞止温度大约 3 千电子伏，电子温度和离子温度基本相等；氘氘热核中子产额最高 2×10¹²；X 光诊断显示热燃料区的半高全宽在 60 到 120 微米之间，覆盖大约 6 毫米的高度，持续约 2 纳秒；次级氘氚中子产额超过 10¹⁰。

这里面有几个数字要单独拎出来讲，因为它们才是这次实验真正的成果：

内爆速度只有每秒 70 公里。作为对比，传统激光惯性约束要每秒三百到四百公里。MagLIF 用三分之一的速度就烧到了 3 千电子伏，这就是磁场隔热的效果。

压缩比只有 20 到 30。传统惯性约束要三十倍以上，通常五十。低压缩比意味着对套筒内表面的光滑程度、对驱动对称性的要求都宽松得多——这是这条路线的核心优势，也是它敢于用金属套筒的底气。

燃料的面密度只有大约 2 毫克每平方厘米。这是一个低得惊人的数字。热核反应产物的平均自由程在这个面密度下是"漏得出去"的，但实验看到了超过 10¹⁰ 个次级氘氚中子，而且氘氚中子能谱显示出各向异性。次级氘氚中子是这样来的：氘氘反应先产生一个氚核（1 兆电子伏）和一个质子，氚核再跟燃料里的氘反应产生 14 兆电子伏的中子。氚核要留在燃料里才能完成第二步，而它是带电的——能被留住，就说明磁场真的发挥了作用。这是"燃料在滞止时被显著磁化了"的直接证据。

同期圣地亚还做了一组对照实验，专门证明三件套缺一不可：不加激光预热的、不加轴向磁场的，滞止温度都到不了 1 千电子伏，氘氚中子产额都低于 10¹⁰；另外还做了一发在燃料里掺了杂质的（故意提高辐射损失），同样烧不起来。这三条对照把"这是热核中子源"这个结论钉死了。

同一年，Adam Sefkow 等人在《等离子体物理》上发了设计论文，讲这一批实验是怎么算出来的。作者里 Sefkow、Slutz、Peterson、Sinars、Vesey 在圣地亚，Joseph Koning 和 M. M. Marinak 在劳伦斯利弗莫尔——因为设计用的 HYDRA 程序是利弗莫尔的。这是第一篇把激光预热、电极存在、端部损失自洽地放进同一套磁流体模拟里的 MagLIF 设计工作。文章里给出一个反直觉的事实：驱动器的功率需求大致正比于（ρR）²，所以降低燃料面密度能以平方的速度降低对驱动器的要求——这正是磁化带来的红利。

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五、从 2×10¹² 到 2.33×10¹³：十二年涨了一个数量级

2014 年之后，MagLIF 的主线就是一件事：把输入参数一个一个往上推，看产额怎么跟着走。

2020 年的定标实验是第一个系统性成果，Gomez 等人发在《物理评论快报》上，作者三十余人全是圣地亚。他们同时把三个参数往上抬：轴向磁场从 10.4 特斯拉到 15.9 特斯拉，激光预热能量从 0.46 千焦到 1.2 千焦，电流耦合从 16 兆安到 20 兆安。结果：燃烧平均离子温度翻了一倍到 3.1 千电子伏，氘氘中子产额涨了一个数量级以上到 1.1×10¹³（按圣地亚的口径相当于 2 千焦的氘氚当量）。

这篇论文里有两个判断比数字本身更重要。第一，单独扫磁场和预热能量，看到的趋势都符合预期——磁场越强越好（证明磁隔热真的在起作用），预热能量有个最优值（超过之后产额反而掉）。第二，扫电流的时候发现了一个坏消息：产额涨到某个点之后就不涨了，因为内爆稳定性开始限制性能。换句话说，光加电流没用，得同时把燃料压力提上去。文章最后一句是：模拟显示，如果继续提高输入参数，Z 装置上还有再涨一个数量级的空间。

预热能量为什么会有最优值？这涉及一个很具体的物理机制，叫能斯特效应（Nernst effect）。简单说：在有温度梯度的磁化等离子体里，磁场会被"热电动势"带着沿温度梯度方向漂移。MagLIF 预热阶段，激光在燃料中心造出一个热点，热点边缘有很强的温度梯度，于是能斯特效应把磁通从中心往外推——正是那个你希望留在中心隔热、关 α 粒子的磁场被推走了。预热越猛，温度梯度越陡，磁通被推走越多，后面的隔热和 α 约束就越差。所以预热不是越多越好。

这个机制在罗切斯特大学的 OMEGA 装置上被验证得更清楚。L. S. Leal 等人 2022 年在《等离子体物理》上发了一篇论文，用模拟研究 OMEGA 上的 MagLIF 实验：如果模拟里不含能斯特效应，产额在越过最优预热能量之后是缓慢下降；含了能斯特效应，下降就变陡，跟实验看到的形状一致。文章明确说：能斯特效应在预热阶段把磁场从燃料区域中心平流输运走，削弱了磁通压缩。同一篇还用混合模型说明，套筒壁材料混进燃料会进一步压低产额，并且把最优预热能量往下拉。作者单位是罗切斯特大学（Leal、A. V. Maximov、E. C. Hansen、J. R. Davies、D. H. Barnak、J. L. Peebles、K. M. Woo、P. V. Heuer、R. Betti）加上圣地亚的 Sefkow。

2024 年的涂层套筒实验是第二个台阶。Adam Harvey-Thompson 等人发在《等离子体物理》上，作者逾四十人。他们换了两样东西。一是套筒：纵横比做到 10.6 的铍管（比 2014 年的 6 高得多，也就是壁更薄），外面涂 75 微米的环氧树脂。涂层的作用是压制电热不稳定性（electrothermal instability，ETI）——套筒在电流上升阶段会被欧姆加热，材料电阻随温度变化，电阻率高的地方更热、更热电阻更高，形成正反馈，在套筒外表面刻出条纹。这些条纹是后来 MRT 增长的种子。涂层把质量压在金属外面，抑制金属因 ETI 发生的物质再分布，等于把种子掐小。二是预热：设计了三种"共注入"激光配置，先用一束激光打一个预脉冲把进光孔的膜处理掉，主脉冲再进去，目的是减少进光孔膜材料混进燃料，同时提高耦合能量。结果是：产额随比预热能量上升，最高的那一发是 1.1×10¹³，追平了 2020 年的纪录，而且比不用相板平滑的同类实验高出 3.5 倍。

2026 年的纪录是第三个台阶，也是目前最新、最好的结果。Matthew Weis 等人发在《等离子体物理》2026 年 6 月号上，十四位作者，只有 Joseph Koning 一位来自劳伦斯利弗莫尔，其余十三位全在圣地亚。两发实验分别拿到 2.11×10¹³ 和 2.33×10¹³ 个氘氘中子，比之前的纪录高一倍左右。其他数字：离子温度 3.0 和 3.3 千电子伏，滞止压力 1.6 和 1.3 千兆巴（Gbar），推断的广义劳森参数 χ 分别是 0.2 和 0.1——这是 MagLIF 有史以来报道过的最高值。χ 是离点火还有多远的标尺，χ=1 大致对应点火，所以 MagLIF 现在离点火还差大约五倍。

这一发用了什么？高纵横比的铍套筒加电介质涂层（铍层 242 微米加 75 微米的 parylene-N，总质量跟无涂层纵横比 9 的铍管相当），预热能量约 2.2 千焦（实测耦合到燃料 2.15 和 2.22 千焦），峰值电流 18.5 兆安，轴向磁场 15 特斯拉。三维 HYDRA 模拟跟实测的套筒动力学和聚变输出都对得上。

这篇论文最值钱的部分是它老老实实说了现在卡在哪。第一，把真实的预热和真实的 MRT 放进三维模拟，产额比"干净"的二维模拟低 5 到 10 倍——也就是说，三维的不稳定性增长和贯穿是限制滞止压力放大的主因，不是一维或二维的约束差异。第二，贝叶斯推断给出的燃料里铍原子混合比例是 2% 到 3%，这个量级的混合足以因辐射损失把初级聚变产额压低 30% 到 40%。第三，计算机断层扫描在铍套筒里找到十几个明显的夹杂物，尺寸 50 到 150 微米，是做照相实验那批套筒的三四倍大，还看到了涂层和铍壁之间的分层脱粘——这些缺陷的影响有待评估。第四，论文原话：要在 MagLIF 里进入 α 加热主导的自持燃烧区间，需要的电流比 Z 装置现在能提供的更多。最后，模拟提示如果在套筒内壁加一层氘氘冰或者氘氚冰，可以通过降低压缩比、减少不稳定性贯穿和减少混合，把产额再提高最多 2.5 倍——而降低压缩比本身说明，压缩比过高正是当前的性能瓶颈之一。

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六、不稳定性：从二维条纹到三维螺旋

MagLIF 实验刚做出来的时候，有一个现象让所有人意外。照相拍到的套筒，在加了轴向磁场之后，表面出现的不是绕圈的环状条纹（那是二维的、方位角对称的结构），而是螺旋状的条纹。按当时的理解不该这样：套筒外面的环向磁场上千特斯拉，里面加的轴向场只有 10 特斯拉，比例悬殊，任何沿着磁力线生长的不稳定性——MRT 就是这种——应该几乎平行于赤道方向才对，螺距角应该接近零。可实测的螺距角有 20 度上下。要么轴向磁场其实比预想的大几百特斯拉，要么这个螺旋是别的机制搞出来的。

这个谜团花了好几年才解开，而且答案不止一个。

第一条线索来自小装置。David Yager-Elorriaga 那时候在密歇根大学核工程与放射科学系，跟 Y. Y. Lau、Ronald Gilgenbach 一起，用一台 1 兆安的直线型变压器驱动装置 MAIZE 做薄膜套筒实验。2016 年他们在《等离子体物理》上发表的论文里，用极薄的金属箔（400 纳米）圆柱，加 0.2 到 2.0 特斯拉的轴向场——跟峰值环向场的 30 到 40 特斯拉比起来小得可笑——照样看到了螺旋条纹。而且他们发现一件关键的事：条纹的螺距角 φ 满足一个简单关系 φ = m/(kR)，其中 m 是方位角模数、k 是轴向波数、R 是半径。半径在收缩，所以螺距角在收缩过程中自动变大——这解释了为什么"环向场那么大螺距还在变"。他们还发现：主导的模只有一两个；轴向磁场没有明显阈值，从零往上加就会改变 m=0 和 m=1 模的相对权重；轴向场越大，激发的 m 模越高。

第二条线索来自理论和模拟。2018 年，康奈尔大学等离子体研究实验室的 Charles Seyler 和圣地亚的 M. R. Martin、N. D. Hamlin 在《等离子体物理》上发了一篇论文，第一次用 MagLIF 的线性动力学模拟复现了螺旋结构。他们的解释是：脉冲功率装置的功率流表面会产生低密度等离子体，这些低密度等离子体在套筒外面压缩轴向磁通，在套筒表面堆出一层很强的轴向磁场，正是这层场把螺旋状的 MRT 扰动印进了内爆的套筒。文章还有一个方法论上的结论：标准磁流体在处理低密度等离子体时是有缺陷的，必须加入霍尔项（也就是用"扩展磁流体"XMHD）才能把这件事算对。这解释了为什么过去用磁流体模拟怎么都算不出螺旋结构——除非人为加一个螺旋扰动当种子。

第三条线索是实验验证螺旋驱动真的有用。2016 年，圣地亚的 Paul Schmit、海军研究实验室等离子体物理分部的 Alexander Velikovich、圣地亚兼密歇根大学的 Ryan McBride、圣地亚的 Grafton Robertson 在《物理评论快报》上提出了一个很聪明的办法：既然螺旋结构跟轴向场有关，那就干脆把驱动场本身做成螺旋的——把回流柱做成螺旋形状，让驱动磁场带一个轴向分量，形成一个"动态螺旋箍缩"（dynamic screw pinch，DSP）。他们用自洽的解析框架算出来，最有害的那几个 MRT 模的累计增长可以被压低一到两个数量级。

这个想法 2020 年被实验验证了。Paul Campbell（密歇根大学，后来去了 Zap Energy）、Schmit 等人在《物理评论快报》上报告了第一次用螺旋驱动做固体金属套筒内爆的实验，用的是康奈尔大学 1 兆安、100 到 200 纳秒的 COBRA 装置。他们试了三种螺旋驱动（峰值轴向场 2、14、20 特斯拉）和一种标准 Z 箍缩（直回流柱，轴向场为零），套筒是初始半径 3.2 毫米、650 纳米厚的铝箔。结果：螺旋驱动的情形长出的确实是不稳定性的螺旋模，标准情形长的是方位角对称模；收缩到初始半径一半时，不稳定性的幅度分别是：标准箍缩 1.1±0.3 毫米，14 特斯拉螺旋驱动 0.7±0.2 毫米，20 特斯拉螺旋驱动 0.3±0.1 毫米。轴向场越强，套筒越稳，跟理论估计对得上。

圣地亚后来在 Z 装置上做了螺旋箍缩的设计研究，Gabriel Shipley、Christopher Jennings、Paul Schmit、David Yager-Elorriaga 2019 年在《等离子体物理》上发表了这部分工作：非纯环向的驱动场会改变磁驱动压力的空间分布、增加初始电感，需要专门设计；模拟显示螺旋驱动下 MRT 增长确实明显变小。

这条线索串起来完整故事是：加轴向磁场 → 外面低密度等离子体压缩轴向磁通 → 套筒表面出现强轴向场层 → MRT 长成螺旋；反过来，如果你主动把驱动场做成螺旋的，同样的物理却能变成一种稳定手段。同一个现象，被动发生是坏事，主动设计是好事。

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七、衬套上的功夫：涂层、螺旋驱动、自磁化

既然不稳定性是主要瓶颈，那套筒本身就是主战场。除了前面说的涂层和螺旋驱动，还有一条很有意思的路线叫自磁化（AutoMag）。

AutoMag 的想法很直接：既然外面那组亥姆霍兹线圈又笨重又挡诊断又增加回路电感，那就把产生轴向磁场的活交给套筒自己。做法是把套筒做成一束螺旋的金属导体条，中间用绝缘材料隔开。电流上升早期，电流沿着螺旋路径走，自然在套筒内部产生轴向磁场；电流上升率到一定程度时，感生的环向电场把绝缘材料击穿，螺旋路径短路，电流改走轴向，此时内部已经建立的轴向磁通被"困住"，接着就是正常的内爆压缩。

这条路走了三级台阶。第一级在圣地亚的 Mykonos 直线型变压器驱动装置上：铝制的螺旋套筒，充电电压 50 到 90 千伏，峰值电流 500 到 900 千安，脉冲 100 纳秒。结果是测到了超过 90 特斯拉的内部轴向磁场，而且内部场强取决于螺旋槽的螺距角——螺距越浅，场越高。第二级上了 Z 装置：用约 2 兆安、100 纳秒的预脉冲驱动，AutoMag 靶产生了超过 150 特斯拉的内部轴向磁场（Gabriel Shipley 等人 2019 年发在《等离子体物理》上）。第三级是三维辐射磁流体模拟：Shipley、William Lewis、Christopher Jennings、David Yager-Elorriaga 2025 年在《等离子体物理》上发了一篇，用三维 KRAKEN 程序（跟 GORGON 同一套电磁方程组的欧拉版本）比较了标准 MagLIF 和 AutoMag-MagLIF，含灰体辐射扩散、Epperlein-Haines 各向异性热传导、能斯特效应。结论是 AutoMag 能在燃料里造出超过 30 特斯拉的轴向场，滞止时的产额和燃烧平均离子温度都比标准 MagLIF 高，合成 X 光图像显示的形貌也跟标准情形差不多。作者单位是洛斯阿拉莫斯和圣地亚。

为什么 30 特斯拉这个数重要？因为现在外部线圈能给出的场是 10 到 20 特斯拉，就算做单体式线圈（不用分体式）理论上也就到 30 特斯拉，而单体式线圈会把套筒围死，径向 X 光诊断通道全没了。更关键的是，外部场被能斯特效应往外卖掉一部分之后，真正剩在燃料里的有效磁场更少；初始场给得越高，能斯特效应造成的损失相对越小。所以 AutoMag 不只是"省掉一组线圈"的工程简化，它是往更高有效磁场走的一条路。

AutoMag 的另一半难题是击穿时刻的控制。Shipley、Thomas Awe、Brian Hutsel、Yager-Elorriaga 2022 年在《等离子体物理》上发表的工作专门研究这个：他们用多帧门控成像第一次看到了 AutoMag 靶击穿过程中等离子体分布的动态演化，发现击穿主要不是由导体条之间间隙里的感生电场决定的（之前的认识是错的），并且想办法用一束 12 到 32 毫焦、170 皮秒、266 纳米的紫外激光照射套筒外表面，用光致发射来提前击穿——实验证明有效，激光确实改变了击穿时刻和随后的等离子体演化。也就是说，AutoMag 的轴向场强度可以通过"什么时候让它短路"来调。

预热这一头的改进也在同步进行。2021 年，Matthew Weis、Adam Harvey-Thompson 和 D. E. Ruiz 在《等离子体物理》上发表了一篇预热定标研究，用二维和三维 HYDRA 扫了相板、气体密度、磁场这几个参数对激光能量沉积、自聚焦、成丝的影响。他们的结论很直接：如果把 Z-Beamlet 升级到 6 千焦，三维计算显示能把 4.25 千焦送进燃料，在 20 兆安驱动下预期氘氘中子产额约 1.5×10¹⁴，相当于大约 50 千焦的氘氚当量——比当时已实现的产额高十倍。

进光孔（laser entrance hole，LEH）的膜是个很具体但很烦的问题。激光要穿过它，它得薄；但它要封住燃料气体，又得厚；它还会被激光打碎、把材料混进燃料。Harvey-Thompson 等人 2019 年在《等离子体物理》上用多帧阴影照相来约束预热能量到底沉积在哪里；2020 年又有一篇专门研究进光孔膜厚度（0.5 到 3 微米）对预热的影响，发现二维轴对称模拟对 0.5 和 1 微米的膜跟实验吻合，对 2 和 3 微米的膜则会出现整束自聚焦和过深的穿透，只有三维笛卡尔模拟才接近 3 微米膜的实验。也就是说，二维模拟会高估激光自聚焦的倾向。

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八、算不出来和测不准：模拟、诊断和输运系数之争

MagLIF 发展到今天，一个越来越突出的问题是：模拟算的和实验做的对不上，而且不知道该怪谁。

从 2014 年第一批实验开始就有这个问题：实测中子产额比 HYDRA 的预期低了整整一个数量级。十几年过去，差距缩小了，但没有消失。2026 年那篇纪录论文的说法很坦率——把真实的预热和三维 MRT 放进去之后，模拟跟实验就对上了；也就是说，之前的差距主要是模拟"太干净"造成的，不是实验做砸了。

MagLIF 的模拟工具主要有三套。圣地亚现在的主力是 HYDRA——这个程序原本是劳伦斯利弗莫尔为 NIF 的球形内爆开发的，后来在圣地亚的参与下加了完整的电阻磁流体包。一次中等分辨率的全三维 MagLIF 模拟需要大约 π×(1 厘米)²×(2 厘米) 的计算体积、两千五百万个计算网格、约一百万条光线做激光追迹、隐式蒙特卡洛算辐射输运，铍的材料性质要从常温固体、经过熔化、一直到滞止时的温稠密物质状态全程覆盖。这套计算跑一次的成本极高，所以三维计算只能用在"特别需要"的场合。GORGON 是帝国理工开发的欧拉式电阻磁流体程序，在 MagLIF 研究的早期用得多。KRAKEN 是洛斯阿拉莫斯的三维欧拉电阻磁流体程序，用的是跟 GORGON 一样的电磁方程组，AutoMag 的三维辐射磁流体研究用它。另外还有个补充工具叫 SAMM（semi-analytic MagLIF model），Ryan McBride 和 Stephen Slutz 2015 年发在《等离子体物理》上，是一个半解析模型，把预热、套筒内爆、套筒可压缩性、绝热压缩、辐射损失、含能斯特损失的磁通压缩、磁化热传导、端部损失、掺杂和混合、聚变反应、α 加热全装进去，算得快、物理透明，用来扫参数空间和给磁流体程序做交叉校验。

诊断这一头，圣地亚发展了一整套专门的东西。Stephanie Hansen 等人 2015 年在《等离子体物理》上详细公布了第一批实验的诊断结果：从自发射图像定出热核反应区的体积，结合电子温度、X 射线产额、混合比例反推燃料密度。他们推算 Z2613 这一发中心区域燃料密度是 0.2 到 0.3 克每立方厘米，结合发射体积得出热核反应区的质量只有初始质量的 7% 到 25%；计算表明内爆过程中可以损失掉高达 50% 的质量，而剩下的质量里有 60% 分布在远离轴心、贴近套筒内壁的地方——那部分温度低、密度高，不怎么参与聚变。这个"大部分燃料其实没在烧"的事实，是 MagLIF 产额上不去的一个重要原因。

最近几年，圣地亚开始用机器学习来做诊断反演。William Lewis、Owen Mannion、D. E. Ruiz 等人 2021 年在《等离子体物理》上发表了一个深度学习赋能的贝叶斯推断工具，用来从实验数据里反推燃料磁化。2023 年同一批人（Lewis、Mannion、Ruiz、Jennings、Knapp、Gomez、Harvey-Thompson、Weis、Slutz、Ampleford、Beckwith）在《等离子体物理》上又发了一篇，用这个工具分析了 16 发 MagLIF 实验，提取出一个关键参数 BR——磁场和燃料半径的乘积，它正比于燃料半径除以 α 粒子的拉莫尔半径，直接决定了电子热传导损失和带电燃烧产物的约束水平。结论是：BR 的变化趋势跟"压缩带来的增益"和"磁通损失带来的损失"之间的权衡一致，跟一维电阻辐射磁流体模拟吻合，只有两发是例外——那两发怀疑是三维效应在起主导作用。文章还说明了 BR 和广义劳森参数 χ 的关系。这篇的第一作者 William Lewis 当时在圣地亚。

输运系数这件事值得单独说，因为它是一个具体的、还在争的物理问题。磁流体模拟里，热流和磁场输运的系数（也就是把温度梯度、电流这些驱动项跟热流、磁场输运联系起来的比例常数）必须选一套模型。可选的有 Braginskii（1965）、Epperlein 和 Haines（1986）、Ji 和 Held（2013）、Davies 等人（2021）、Sadler 等人（2021）这几套。2024 年，Yousef Lawrence（麻省理工学院等离子体科学与聚变中心）、J. R. Davies（罗切斯特大学激光与能量实验室）、Ryan McBride（密歇根大学）、Adam Sefkow（罗切斯特大学）在《等离子体物理》上发表了一篇论文，用 SAMM 比较了这五套模型。结论是：选哪套模型会改变能斯特效应造成的磁通损失和热传导损失，在参数空间的某些区域，聚变产额这类积分量的差异高达 38%。这个数字不小——对于一个离点火还差五倍的构型来说，38% 的产额不确定性足以影响设计决策。文章明说这可以作为实验上鉴别各套模型的指南，特别是在预热能量和初始轴向场都往上推的时候。

这里有个细节值得注意：这篇论文的作者里，Davies 和 Sefkow 的单位都是罗切斯特大学激光与能量实验室。Adam Sefkow 是 2014 年 MagLIF 设计论文的第一作者，后来去了罗切斯特。另外一位关键人物 Daniel Sinars，曾经主管圣地亚的脉冲功率科学中心（Z 装置归它管），2022 年获得美国能源部的 E. O. 劳伦斯奖，现在是圣地亚副首席研究官。Stephen Slutz 是 MagLIF 概念的提出者，从 2010 年的原始论文一直到 2026 年的纪录论文都还在作者名单里。

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九、把装置缩小一千倍：OMEGA 上的缩比实验

Z 装置每年能打的次数有限，诊断空间也紧，做系统性参数扫描很难。于是圣地亚跟罗切斯特大学激光与能量实验室合作，在 OMEGA 激光上做了一套缩比的 MagLIF 平台——驱动能量只有 Z 的千分之一，靶的线尺寸只有十分之一，但打靶次数多得多，诊断通道好得多。

这套平台用的是"激光驱动 MagLIF"：不用脉冲功率装置压套筒，而是用 OMEGA 的四十束激光（约 14 到 16 千焦、1.5 纳秒）直接压缩一个直径 0.6 毫米、壁厚 20 微米的塑料套筒，里面充氘气，磁场由 MIFEDS（磁惯性聚变放电系统）提供，最高到 28 特斯拉，单独一束激光（约 180 焦、1.5 纳秒）负责预热燃料。相关工作最早由 D. H. Barnak 和 J. R. Davies 等人 2017 年发表在《等离子体物理》上（Barnak 等人那篇题目就叫"激光驱动磁化套筒惯性聚变在 OMEGA 上"，Davies 等人那篇是"激光驱动磁化套筒惯性聚变"），E. C. Hansen 等人 2018 年发表了套筒内爆的优化工作。

2023 年，Jonathan Peebles 等人在《等离子体物理》上发表了这套平台最重要的结果。作者来自罗切斯特大学（Peebles、Davies、Barnak、V. Yu. Glebov、E. C. Hansen、P. V. Heuer、L. S. Leal、M. J. Bonino、D. R. Harding、Adam Sefkow、E. M. Campbell、Riccardo Betti）和圣地亚（Kyle Peterson、Daniel Sinars）。他们的结果是：预热和磁化一起上，中子产额比参照内爆提高 470%，远大于单独加磁场或者单独加预热带来的提升；而且这是在压缩比保持在 20 以下做到的。文章还指出，一维、二维、三维模拟都显示，不同来源的混合在不同尺度的 MagLIF 实验里扮演不同的关键角色。

这个 470% 很能说明问题。它证明"预热 + 磁化"这套组合拳的增益是真实的、可重复的，而且不依赖于 Z 装置那种特定的脉冲功率驱动器。换句话说，MagLIF 的核心物理是可以跟驱动器解耦的——这对把它往别的驱动器上搬（比如未来的重复频率脉冲功率装置、或者激光驱动器）是个好消息。

圣地亚和罗切斯特这个合作是在 ARPA-E 的 ALPHA 计划下做的，另一个目的是搞清楚 MagLIF 的物理怎么跨一千倍的能量差定标。2021 年的结题报告里有一个很漂亮的对照结论：在小尺度（OMEGA）上，限制性能的主要是预热把壁上的杂质带进燃料、造成混合；在大尺度（Z）上，限制性能的主要是能斯特效应把磁通从热斑里平流输运走、削弱磁隔热。同一个概念，在不同的尺度上被不同的物理机制卡住——这正是只在一个尺度上做实验会误判定标规律的原因。

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十、往能源走：Z300、Z800、ZX，以及重复频率这堵墙

MagLIF 现在的位置很清楚：能烧，烧得不错，但离自持燃烧还差得远。往能源走需要跨三道坎。

第一道坎是电流。2016 年 Slutz、William Stygar、Gomez、Peterson、Sefkow、Sinars、Vesey 和罗切斯特的 E. M. Campbell、Riccardo Betti 在《等离子体物理》上发表了一篇定标研究，把这条路算到了底。他们先用二维模拟扫了 Z 装置上的参数空间，结论是：当峰值电流 25 兆安、沉积预热能量 5 千焦、轴向场 30 特斯拉三个参数同时取到最优值时，Z 装置上的氘氚聚变产额可以超过 100 千焦。注意这三个数现在一个都没达到——当前是 18.5 兆安、2.2 千焦、15 特斯拉。

然后他们算了更大的装置。Stygar 等人在 2015 年的《加速器与束流物理评论》（Reviews of Accelerator Science and Technology / Physical Review ST Accelerators and Beams 18, 110401）上设计过两台基于直线型变压器驱动技术的概念装置，命名为 Z300 和 Z800——名字里的数字是预期的功率峰值，单位是太瓦。Z300 能给 MagLIF 负载 48 兆安，Z800 能给 65 兆安。Slutz 他们用参数化的戴维南等效电路驱动一系列一维和二维模拟，结果是：只装气态氘氚的简单靶，Z300 的二维模拟产额 18 兆焦，Z800 是 440 兆焦；如果在套筒内壁加一层冷冻氘氚冰，Z800 的二维模拟产额升到 7 吉焦。7 吉焦是什么概念？大约相当于 1.7 吨 TNT 当量，或者一台百万千瓦级电站大约两三秒的发电量——单发。

同一篇论文之后，Slutz 又算了一件事（据中物院流体物理研究所赵海龙等人 2020 年的综述转述）：给定聚变增益，需要的能量和电流随着电流上升时间（从 10 纳秒到 500 纳秒）单调增加。也就是说，脉冲越长越吃亏，长脉冲不是 MagLIF 的好选择。这一条对工程上想"用长脉冲降低功率要求"的思路是个直接的否定。

第二道坎是装置升级。2025 年 6 月在德国柏林举行的 IEEE 脉冲功率与等离子体科学会议上，圣地亚脉冲功率科学中心的一支队伍（Michael Cuneo、David Ampleford 等二十八人）公布了 ZX 计划的方案。核心想法是"原地升级"：不新建厂房，在现有的 Z 高厅和驱动器油箱里塞进升级后的 Marx 发生器技术、更好的开关、更高的运行电压，把输出功率翻倍到 160 太瓦、能量翻倍到 12 兆焦，峰值电流提高约 30%。如果做成，ZX 的目标是：让 MagLIF 有可能实现并测量聚变等离子体的自加热；把靶物理、运行和脉冲功率工程上的风险降下来，为将来在下一代高能量密度装置上做到超过 200 兆焦的产额铺路。同一届会议上还有一篇专门讲脉冲功率研发计划的论文（J. J. Leckbee 等人），说这将是自 2007 年 ZR 项目完成以来脉冲功率性能最大的一次提升。目前这些都还是规划和设计，不是在建项目。

第三道坎是重复频率，也是最硬的一道。脉冲功率驱动的聚变要发电，必须每秒打一次甚至几次，而且驱动器的关键部件（电容器、开关、绝缘材料）要连续工作几百万次。彭先觉团队在评估 Z-FFR 路线时给过一个很具体的数：如果驱动器要有一年以上的寿命，电容器和开关的重复运行次数必须达到三百万次以上，而这在目前还没有确切把握。Z 装置现在一年打一百多次，MagLIF 十几年一共打了七十多发——从"一年一百发"到"一秒一发"，中间隔着一整个工程学。

还有一堆配套问题：每次打完要清腔、要换靶、要把锂或者液态金属壁上的热量带走、要处理高通量中子对第一壁和诊断的损伤、要处理氚的循环和自持。这些 MagLIF 现在几乎都还没开始碰，因为它连氘氚燃料都还没正式打过——到目前为止公开的 MagLIF 集成实验全部使用氘气（或掺了示踪气体的氘气），没有打过氘氚。加冰燃料层，也就是 Slutz 2016 年算出的那条从 440 兆焦跳到 7 吉焦的路，到 2026 年为止仍然停留在模拟里。

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十一、世界上的其他人：同一片参数空间里的四条路

MagLIF 不是磁惯性聚变的唯一答案。同一片"中等密度、中等约束时间"的参数空间里，现在活跃着好几种很不一样的构型。

剪切流稳定 Z 箍缩（Zap Energy）。这条路直接从 Shumlak 1995 年和 2001 年那两篇论文长出来。它跟 MagLIF 的根本区别是：MagLIF 用一个固体金属套筒压燃料，Zap 的装置里没有固体套筒，等离子体自己就是那个被箍缩的东西，靠沿轴向的剪切流压住扭曲模。机器结构极简——一根大约两米长的金属管，中间一根阴极伸到一半，阴极和接地管壁之间加电压，从尾部喷进去的燃料气体被击穿成等离子体，被扫向前方，在阴极尖端到管壁之间组装成一根大约 50 厘米长的流动箍缩。没有超导磁体，没有激光。

Zap 的重要进展是 2024 年 4 月发在《物理评论快报》上的一篇论文，一作 Ben Levitt，单位横跨 Zap Energy、劳伦斯利弗莫尔、加州大学圣迭戈分校、洛斯阿拉莫斯和华盛顿大学。他们用一套为 FuZE 装置设计的光学汤姆逊散射系统，在轴线上、距鼻锥 20 厘米下游的位置，测到了 1 到 3 千电子伏的电子温度；用 17 根光纤测径向剖面；在一系列放电里扫描激光相对于中子脉冲的时刻，重建出电子温度随时间的响应，确认电子温度的峰值跟中子输出、箍缩电流、等离子体感生电压的峰值同时出现。跟光谱测得的离子温度比较显示等离子体处于热平衡。这个结果的意义是：电子不凉，说明辐射损失有限，等离子体是"健康"的，可以往净增益方向放大。

之后两年 Zap 推进得很快。据公司自己公布的 2025 年度总结：五台等离子体装置全年打了超过 11700 发；中子产额超过 10¹⁰；密度超过 7×10²⁴ 每立方米；箍缩压强达到 1.6 吉帕；剪切速度超过 200 公里每秒；新上线的三电极装置 FuZE-3 做到了超过 1 吉帕的等离子体压强；Century 平台完成了一次 3 小时 1080 发无故障的运行（这是美国能源部里程碑计划认证的第一个技术里程碑），到 9 月做到 39 千瓦平均输入功率、连续一百多发、每五秒一发，能量沉积进循环液态金属壁。中子产额定标方面，2024 年美国物理学会等离子体分会的报告给出的关系是产额大致正比于电流的 11 次方（Yn ~ I¹¹），而中子空间各向同性的测量显示大约 90% 的产额来自热化的氘等离子体，不是束-靶反应。这些数字里有一部分是公司自己公布的、未经同行评议的，引用时要留意。

磁化靶聚变（General Fusion）。加拿大温哥华的 General Fusion 走的是时间尺度完全不同的另一头。它先造一个被磁化的等离子体靶（球形托卡马克位形），注入腔室，然后用固态锂衬套机械压缩它。压缩不是靠脉冲功率，而是靠电磁驱动的衬套运动——LM26 这个装置是用线圈驱动的，将来的商用堆设计用活塞阵列。时间尺度是毫秒级，比 MagLIF 的一百纳秒慢四五个数量级。

2026 年 6 月 22 日，公司公布了一组结果并投给同行评议期刊：锂衬套压缩把等离子体电子温度从起点的水平提高到大约 0.72 ± 0.08 千电子伏（约 840 万摄氏度），机械压缩过程中电子温度升高了三倍多；等离子体密度和极向磁场各自增加到起始值的约十倍；等离子体在压缩的深段仍然稳定；稳定压缩阶段没有出现锂衬套对等离子体的显著污染；压缩期间观测到中子产额上升。诊断用汤姆逊散射和绝对极紫外（AXUV）系统。LM26 的下一个目标是 1 千电子伏，再下一个是 10 千电子伏，最终是劳森判据。这个路线的一个关键卖点是：液态金属衬套同时充当第一壁、中子屏蔽和氚增殖包层。

等离子体射流驱动磁惯性聚变（PJMIF）。这条路是 Thio 和 Scott Hsu 等人在九十年代末提出的，思路是把"重物质套筒"换成一束等离子体射流：从球腔四周布置的等离子体枪同时朝中心喷高速等离子体射流，射流在飞行中并合成一个球形内爆的衬套，去压一个预先磁化的等离子体靶。它的核心卖点是站得远——等离子体枪在几米外，靶在中心，驱动器硬件不被中子打坏，可以频繁更换，这对电站的可维护性是个巨大优势。

2024 年 1 月，A. L. LaJoie（新墨西哥大学）和一批来自洛斯阿拉莫斯、HyperJet Fusion、阿拉巴马大学亨茨维尔分校的合作者在 arXiv 上发表了 PLX 装置上第一次全球形等离子体衬套形成的测量结果。PLX 腔室直径 3 米，装了 36 把等高间隙同轴等离子体枪，准球面排布，相邻枪之间的全角约 22 度；每把枪每脉冲储能 4.5 到 6 千焦，把总质量约 1 毫克的氩等离子体加速到 30 到 70 公里每秒。他们测了衬套的均匀性、形貌、密度和温度。这条路现在最大的未知是：离散射流并合时的斜激波会让衬套变得多不均匀，而减速阶段的瑞利—泰勒不稳定性又能容忍多少不均匀——这两个数都是开放问题。

中国的路线：Z 箍缩驱动聚变裂变混合堆。中国这条线跟美国的不太一样，它从一开始就奔着"聚变裂变混合"去。2008 年 10 月，中国工程物理研究院的彭先觉院士提出了 Z-FFR（Z 箍缩驱动聚变裂变混合堆）概念，整套系统分三块：Z 箍缩驱动器、聚变靶及爆室、深次临界能源堆。逻辑是：纯聚变电站对聚变中子源的强度要求太高，但如果外面包一层次临界的裂变包层，聚变能被放大约 20 倍，对聚变中子源强度的要求就大幅降下来；反过来，大量聚变中子的注入又能改善裂变堆的燃料循环和废料问题。靶设计上，彭先觉提出了跟利弗莫尔"中心点火靶"思路不同的"局部整体点火靶"。

2024 年，彭先觉和高翔、李建刚、刘永、邓建军、李正宏、周良骥、师学明在中国工程院院刊《中国工程科学》第 26 卷第 4 期上发表了《聚变能源研究态势及展望》，系统梳理了这条路。文章里有一组很有意思的对比：磁约束聚变要做到工程能量得失相当（Q_Eng=1）需要的科学增益 Q_Sci 约为 7；激光惯性约束因为电转激光效率不到 1%，需要 Q_Sci 约 300，所以"发展为能源的可能性很低"；而 Z 箍缩聚变因为输入的是电，只需要 Q_Sci 约 3。文章还给出了 Z-FFR 的发展路线：关键技术攻关、工程演示、商业发电推广，面向 2040 年实现商业化供能。

装置这一头，中物院流体物理研究所的"聚龙一号"（PTS）是 10 兆安、100 纳秒的脉冲功率装置。赵海龙、王刚华、王强、张恒第、肖波、阚明先、杨龙 2020 年在《强激光与粒子束》第 32 卷上发表了在 PTS 上开展 MagLIF 的可行性分析。他们自己开发了一个零维 MagLIF 模拟程序，扫了初始轴向磁场、预热温度和时刻、负载半径等参数。结论很干脆：即使在理想条件下，氘氚燃料要实现能量收支平衡，驱动电流必须大于 21.2 兆安——这意味着 10 兆安的聚龙一号做不了集成化的 MagLIF 实验，他们因此提出了改做铝套筒分解实验的建议和负载设计参数。同一批作者还在同一卷上发表了一篇 MagLIF 的国际进展综述，把理论模拟、实验诊断、工程改进三个方向的进展都过了一遍，是中文文献里讲这条路最系统的一篇。

同一单位的 FP-1/2 固体套筒内爆加载平台是另一块工作。孙奇志、章征伟等在《中国科学：物理学 力学 天文学》2026 年第 56 卷第 10 期上发表了综述：通过装置与负载靶的匹配优化，实现了发次间电流波形分散性小于 1%、内爆速度波形分散性小于 2%、套筒撞靶的角向时间偏差小于 20 纳秒，驱动数克到数十克的金属套筒达到每秒 1 到 7 公里的内爆速度，用于气区流场、柱面 RM/RT 界面不稳定性、柱面充气微喷混合、气粒两相流等实验。这些速度比 MagLIF 的每秒七十公里低一个数量级——它是高能量密度物理和武器物理的实验平台，不是聚变装置。

真正的下一步是"电磁驱动聚变大科学装置"。这是国家"十四五"规划的重大科技基础设施，由中国工程物理研究院流体物理研究所承建，选址在四川成都天府新区的成渝（兴隆湖）综合性科学中心。主要科学目标是验证 Z 箍缩聚变点火（公开表述为"Z 箍缩局部体点火"）的科学可行性，开展 Z 箍缩聚变关键物理问题和重频驱动器关键技术研究。项目 2021 年 6 月由四川省委文件明确推动落地，2025 年 9 月完成可行性研究报告评估，2026 年初正式获得国家发展改革委可研批复，拟于 2026 年开工建设。据公开的项目信息，装置峰值驱动电流指标为 50 兆安，建筑面积约 5.42 万平方米，投资约 50 亿元，建设工期 90 个月。2026 年 4 月在成都举行的聚变科创城产业生态交流活动上，中物院流体物理研究所作了"Z 箍缩聚变能发展机遇与挑战"的报告，确认了上述进展。

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十二、流传最广的十几种误记

这一节专门纠正关于 MagLIF 和 Z 箍缩最常见的错误说法。每一条都给出正确的事实和出处。

一、"MagLIF 是激光聚变的一种。"不是。MagLIF 的压缩驱动器是脉冲功率装置（Z 装置），靠电流产生的磁压强套筒；激光只负责在内爆前预热燃料，能量只占驱动能量的很小一部分。压缩做功的是磁场，不是激光。

二、"Z 装置是 60 兆安的装置。"不是。Z 装置现在的状态是：电容器组储能 22 兆焦，脉冲上升时间约 100 纳秒，峰值电功率可达 80 太瓦，在低电感圆柱靶上峰值电流最高可达约 30 兆安。而 MagLIF 集成实验因为要装磁场线圈、回路电感大，实际只用 18 到 20 兆安（2026 年纪录那两发是 18.5 兆安）。2014 年首批实验是 19 兆安。60 兆安是下一代概念装置的指标，不是 Z。

三、"2014 年 MagLIF 就实现了一万亿个中子。"数字对了但容易混。2014 年正式发表的最优结果是 2×10¹² 个氘氘中子——也就是两万亿。2013 年 11 月的首次集成实验出中子量级在 10¹⁰。而且必须说清楚是氘氘中子，不是氘氚中子。

四、"2.33×10¹³ 个中子，快接近点火了。"差得远。这是氘氘中子的产额，按圣地亚自己的口径（2020 年：1.1×10¹³ 氘氘中子约相当于 2 千焦氘氚当量）大致对应几千焦的氘氚当量。更重要的是，2026 年那篇论文给出的广义劳森参数是 χ=0.2 和 0.1，χ=1 大致对应点火，所以还差大约五倍。而 NIF 2025 年 4 月那一发是 8.6 兆焦产额、靶增益 4.13。

五、"Slutz 和 Vesey 算出了 1000 倍的增益。"是算出来的，不是测出来的。2012 年那篇《物理评论快报》是纯数值模拟：在 MagLIF 构型上加一层冷冻氘氚，60 兆安驱动下模拟增益超过 100，70 兆安下超过 1000。这两个电流值今天的 Z 装置都达不到。

六、"MagLIF 已经打过氘氚了。"没有。从 2013 年第一批实验到 2026 年的纪录，所有公开的 MagLIF 集成实验用的都是氘气。加冷冻氘氚冰层的设计目前只存在于模拟中——2026 年的论文说模拟显示加冰层可以把产额再提高最多 2.5 倍，但还没做过。

七、"Z300 和 Z800 是圣地亚正在建的新装置。"不是。这两台是 Stygar 等人 2015 年发表的概念设计，基于直线型变压器驱动技术，Z300 给 48 兆安、Z800 给 65 兆安，名字里的数字是预期功率峰值（太瓦）。Slutz 等人 2016 年用它们的参数做了定标模拟。目前没有在建。圣地亚真正提出的是 ZX 计划——在现有 Z 装置上原地升级，把功率和能量翻倍、峰值电流提高约 30%，2025 年 IEEE 会议上公布，目前属于方案设计阶段。

八、"AutoMag 在 Z 上做出了 150 特斯拉的磁场，比外部线圈强多了。"要分清楚是在哪个阶段测的。150 特斯拉是 Z 装置上用约 2 兆安、100 纳秒的预脉冲驱动 AutoMag 靶时，在燃料里测到的内部轴向磁场（Shipley 等人 2019 年）。它不是滞止时的燃料磁场。在更小的 Mykonos 装置上（500 到 900 千安、100 纳秒），测到的是超过 90 特斯拉。AutoMag 的价值不是"把场做到多高"，而是省掉外部线圈——省掉之后 X 光诊断通道打开了、回路电感降了、电流耦合好了，而且有可能突破外部线圈 30 特斯拉的上限。

九、"Zap Energy 做的也是 MagLIF。"不是。Zap 做的是剪切流稳定 Z 箍缩：没有固体金属套筒，等离子体自己被自己箍缩，靠轴向剪切流压住不稳定性。MagLIF 用的是固体铍套筒、外部轴向磁场、激光预热三件套。两者都属于广义的 Z 箍缩家族，物理机制差别很大——MagLIF 的核心矛盾是套筒界面的磁瑞利—泰勒不稳定性，Zap 的核心矛盾是剪切流能不能在更大电流下继续压住扭曲模。

十、"General Fusion 和 MagLIF 是一回事。"不是。General Fusion 是磁化靶聚变，用固态锂衬套机械压缩一个球形托卡马克位形的磁化等离子体靶，时间尺度是毫秒级；MagLIF 是柱形、脉冲功率驱动、时间尺度约 100 纳秒，中间差四到五个数量级。两者共享的物理只有一条：磁场压住热传导。

十一、"能斯特效应会消耗磁场。"说法不准确。能斯特效应是把磁通沿着温度梯度方向平流输运走，磁场不是消失了，是被挪出去了——从你最需要它隔热的中心热斑挪到了外面。结果是磁通压缩变弱、磁隔热变差、燃料温度上不去。这也是为什么预热能量存在最优值：太猛的温度梯度会把自己的隔热层推走。

十二、"中国的 Z-FFR 就是中国的 MagLIF。"不是。Z-FFR 是彭先觉 2008 年提出的聚变裂变混合堆方案，靶设计是自己提出的"局部整体点火靶"，不是柱形磁化套筒；系统的三个组成部分是 Z 箍缩驱动器、聚变靶及爆室、深次临界能源堆。中国这边跟 MagLIF 直接对应的工作是赵海龙等人 2020 年在聚龙一号装置上做的可行性分析——而他们的结论恰恰是聚龙一号（10 兆安）电流不够，做不了集成 MagLIF 实验，需要大于 21.2 兆安。

十三、"电磁驱动聚变大科学装置就是 Z-FFR。"不是。这个装置是"验证 Z 箍缩聚变点火科学可行性"的大科学基础设施，由中物院流体物理研究所承建，选址成都天府新区，2026 年初获国家发改委可研批复、拟 2026 年开工。它是 Z-FFR 路线上的关键一步，但它本身不是混合堆。

十四、"套筒越薄越好，纵横比越高越好。"不全是。Slutz 2010 年的原始论文给出的硬约束是：套筒初始壁厚必须是半径的 10% 到 20%，太薄会在内爆过程中被磁瑞利—泰勒不稳定性撕开。2024 和 2026 年的高纵横比套筒能做到纵横比 9 到 10.6，靠的是外面加一层电介质涂层来压制电热不稳定性——不是靠单纯把壁做薄。

十五、"预热能量越多越好。"不是。预热有过头的问题：能斯特效应会随温度梯度增强而把磁通从中心推走；预热太猛还会在燃料里打出激波、把进光孔膜和套筒壁的材料搅进燃料。Gomez 2020 年的定标实验明确看到了产额在越过最优预热能量之后下降，Leal 等人 2022 年的模拟说明下降的陡峭程度由能斯特效应决定。

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十三、参考文献

（以下全部逐条核实：作者、单位、期刊卷期、年份、DOI）

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  16. Zap Energy 公司 2025 年度进展（五台装置共 11700+ 发等离子体、中子产额 >10¹⁰、密度 >7×10²⁴ m⁻³、压强 1.6 GPa、FuZE-3 超过 1 GPa、Century 平台 39 kW 平均输入功率 / 100+ 发 / 每 5 秒一发）— Zap Energy 官网《2025 highlights》。公司自公布数据，未经同行评议。
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