普林斯頓等離子體物理實驗室

普林斯頓等離子體物理實驗室（Princeton Plasma Physics Laboratory，PPPL）是一個研究等離子體物理學與核聚變的美國能源部國家實驗室。實驗室主要的工作是研究聚變能作為能源的發展和應用。

普林斯頓等離子體物理實驗室
Princeton Plasma Physics Laboratory

創建時間	1961年 (1961)
預算	$9.7 千萬美元（2016年）[1]
研究領域	等離子體物理學
副主席	David J. McComas（英語：David J. McComas）
主任	史蒂芬·考利（英語：Steven Cowley）[2]
地址	100 Stellarator Road, Princeton, New Jersey
位置	美國新澤西州Plainsboro Township（英語：Plainsboro Township, New Jersey） 40.348825°N 74.602183°W / 40.348825; -74.602183
郵政編碼	08536
主管機構	普林斯頓大學
網頁	www.pppl.gov

普林斯頓等離子體物理實驗室的建立源於一個控制熱核反應的冷戰最高機密計劃——「馬特洪計劃（Project Matterhorn）」。1961年，在馬特洪計劃解密後，此計劃相關的實驗室被更名為普林斯頓等離子體物理實驗室^[3]。

普林斯頓等離子體物理實驗室實際上位於普林斯頓大學的 Forrestal 校園，與普林斯頓大學主校區有一定距離；但實驗室仍然有一個位於普林斯頓的地址。

歷史

萊曼·斯皮策，一位任職於普林斯頓大學的天文學教授，提出了一個關於可控核聚變的設想，即「仿星器（stellarator）」。1951年，美國原子能委員會採納了此設想，並開始以馬特洪計劃（Project Matterhorn）的名義為此項提案提供資金援助。1958年，根據1955年召開的聯合國關於和平利用原子能的國際會議，此項磁約束聚變研究被解密。此後，學生開始進入普林斯頓等離子體物理實驗室學習研究「新物理」，使得實驗室轉而集中於基礎科學方面的投入^[4]。

實驗室最早的八個仿星器包括：Model-A，Model-B，Model-B2，Model-B3^[5]。Model-B64 為一個圓角的正方形，而Model-B65 則是一個跑道的形狀^[5]。功率最大的仿星器是 Model C（英語：Model C stellarator）（於1961年到1969年之間運行）^[6]。Model C 在1969年被重組為一個托卡馬克^[5]，即「對稱托卡馬克（Symmetric Tokamak，ST）^[7]。

實驗室在1970年代的研究重新轉向了托卡馬克裝置，因為托卡馬克的設計被認為比仿星器更適合作為核聚變的約束裝置。1972年5月，絕熱環形壓縮器（Adiabatic Toroidal Compressor，ATC）開始運行。另一個托卡馬克裝置——普林斯頓大環面（英語：Princeton Large Torus）自1975開始運作。

1982年，托卡馬克聚變測試反應堆（英語：Tokamak Fusion Test Reactor）（TFTR）上線，一直運作到1997年才被關閉^[8]。從1993年起，TFTR 是世界上第一個使用氘-氚50/50混合物的反應堆。1994年，反應堆前所未有地產生了10.7兆瓦的聚變能量^[8]。

1999年，基於球形托卡馬克概念的國家球形環面實驗升級計劃（英語：National Spherical Torus Experiment）（National Spherical Torus Experiment Upgrade，NSTX-U）在普林斯頓等離子體物理實驗室上線。實驗室的科學家和來自國內外其他設施的聚變科學技術的研究者們進行了合作，所涉及的領域包括材料科學、太陽物理學、化學和製造業。

2015年，普林斯頓等離子體物理實驗室完成了國家球形環面實驗升級計劃（NSTX-U）的建設；這也使得 NSTX-U 成為了世界上功率最大的同類型托卡馬克聚變設施。計劃中的實驗將測試升級後的設施在極端熱量和功率下保持高性能等離子體的能力。實驗結果將對未來聚變反應堆的設計產生深遠的影響。^[9]

歷屆主任

• 1951年-1961年：萊曼·史匹哲，馬特洪計劃總負責人
• 1961年-1980年：Melvin B. Gottlieb（英語：Melvin B. Gottlieb）^[10][11]
• 1981年-1990年：Harold Furth（英語：Harold Furth）
• 1991年-1996年：Ronald C. Davidson
• 1997年（1月-7月）：John A. Schmidt, interim director
• 1997年-2008年：Robert J. Goldston（英語：Robert J. Goldston）^[12]
• 2008年–2016年：Stewart C. Prager^[13]
• 2016年至今：Dr. Terrence K. Brog（過渡時期暫任）^[14]

當前主要研究課題和實驗

• 國家球形環面實驗（英語：National Spherical Torus Experiment）（NSTX-U）
• 國際熱核聚變實驗反應堆（ITER）
• 托卡馬克聚變測試反應堆（英語：Tokamak Fusion Test Reactor）（TFTR）

等離子體科學與技術

• 霍爾推進器實驗（Hall Thruster Experiment，HTX）^[15]
• 鋰托卡馬克實驗（英語：Lithium Tokamak Experiment）（LTX）
• 磁重聯實驗（Magnetic Reconnection Experiment，MRX）
• 波束動力學和非中性等離子體（Beam Dynamics and Nonneutral Plasma）
• 普林斯頓磁場反轉位形實驗（英語：Princeton field-reversed configuration experiment）（PFRC）

理論等離子體物理學

• 能源部科學仿真模擬倡議（DOE Scientific Simulation Initiative）
• 美國 MHD 工作組（U.S. MHD Working Group）
• 磁場反轉位形理論協作（Field Reversed Configuration Theory Consortium）
• 托卡馬克物理學設計與分析代碼（Tokamak Physics Design and Analysis Codes）
• TRANSP代碼（TRANSP code）
• 國家輸運代碼匯集模塊庫（National Transport Code Collaboration Modules Library）

參見

• 舍伍德計劃（英語：Project Sherwood）

參考資料

1. Department of Energy FY 2018 Congressional Budget Request Laboratory Tables Preliminary (PDF). 美國能源部. [2017-05-31]. （原始內容存檔 (PDF)於2017-05-23） （英語）.
2. 10 Questions for Steven Cowley, New Director of the Princeton Plasma Physics Laboratory | Princeton Plasma Physics Lab. www.pppl.gov. [2019-05-08]. （原始內容存檔於2020-12-18）.
3. Tanner, Earl C. (1977) Project Matterhorn: an informal history Princeton University Plasma Physics Laboratory, Princeton, New Jersey, p. 77, OCLC 80717532
4. Bromberg, Joan Lisa. Fusion: Science, Politics, and the Invention of a New Energy Source. Cambridge, Massachusetts: MIT Press. 1982: 97. ISBN 0-262-02180-3 （英語）.
5. Stix, Thomas H. Highlights in Early Stellarator Research at Princeton (PDF). Journal of Plasma and Fusion Research SERIES. 1998, 1: 3-8 [2017-06-29]. （原始內容存檔 (PDF)於2020-07-15） （英語）.
6. Yoshikawa, S.; Stix, Thomas H. Experiments on the Model C stellarator. Nuclear Fusion. 1985, 25 (9) [2017-06-29] （英語）.
7. PPPL timeline. PPPL. [2017-06-29]. （原始內容存檔於2021-03-19） （英語）.
8. Staff (1996) "Fusion Lab Planning Big Reactor's Last Run" The Record, 22 December 1996, p. N-07
9. National Spherical Torus Experiment Upgrade (NSTX-U) - Princeton Plasma Physics Lab. PPPL. [2017-07-01]. （原始內容存檔於2021-03-20） （英語）.
10. Bromberg, Joan Lisa (1982) Fusion: Science, Politics, and the Invention of a New Energy Source MIT Press, Cambridge, Massachusetts, p. 130 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）, ISBN 0-262-02180-3
11. "Princeton Plasma Physics Laboratory: History" 互聯網檔案館的存檔，存檔日期2009-05-12., Princeton University
12. Stern, Robert (2007) "Princeton fusion center to lose influential leader" The Star-Ledger Newark, New Jersey, 15 December 2007, p. 20
13. Press Release, Prager to lead DOE's Princeton Plasma Physics Laboratory. [2008-08-09]. （原始內容存檔於2016-03-03）.
14. 存档副本. [2017-06-29]. （原始內容存檔於2021-03-20）.
15. "Hall Thruster Experiment (HTX)" （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）, Princeton Plasma Physics Laboratory, accessed 12 May 2009

外部連結

• （英文）官方網站
• （英文）馬特洪計劃發表的論文與報告，1951年-1958年 普林斯頓大學圖書館數碼化檔案（Princeton University Library Digital Collections）