位於新墨西哥州桑迪亞國家實驗室的 Z 機器會釋放地球上最強烈的脈衝電流。數百萬安培的電流可以被髮送到一個鉛筆橡皮擦大小的金屬圓柱體中，產生一個磁場，該磁場會產生一種力——稱為 Z 箍縮——在幾分之一秒內壓碎圓柱體。
自 2012 年以來，科學家們一直使用 Z 箍縮來內爆填充氫同位素的圓柱體，以期達到產生能量的核聚變所需的極端溫度和壓力。儘管他們做出了努力，但他們從未成功達到點火——即從聚變中獲得的能量大於投入能量的點。
但在附加了另外兩個元件後，物理學家認為他們終於走上了正確的道路。在桑迪亞的磁化襯裡慣性聚變 (MagLIF) 實驗中工作的研究人員增加了一個輔助磁場來熱絕緣氫燃料，並使用雷射對其進行預熱（參見“感受擠壓”）。11 月下旬，他們首次測試了該系統，使用了 1600 萬安培的電流、10 特斯拉的磁場和來自綠色雷射的 2 千焦耳的能量。
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“我們對結果感到興奮，”桑迪亞的 Z 機器和脈衝功率科學中心主任馬克·赫爾曼說。“我們認為這是對它正在像我們認為的那樣工作的確認。”
該實驗產生了約 1010 個高能中子，這是衡量實現的聚變反應數量的指標。這是 MagLIF 的記錄，儘管它仍然遠未達到點火。儘管如此，該測試表明瞭這種脈衝功率聚變方法的吸引力。“使用脈衝功率更有可能在早期實現實質性的增益，”位於紐約州伊薩卡市的康奈爾大學核物理學家大衛·哈默說，他共同撰寫了美國國家研究委員會 2013 年對聚變能源方法的評估報告。
資料來源：桑迪亞國家實驗室。
MagLIF 的年度預算相對較少，僅為 500 萬美元，與兩個聚變巨頭相比，它就像一個大衛：加利福尼亞州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室耗資 35 億美元的國家點火裝置 (NIF) 和在法國建造的耗資 150 億歐元（200 億美元）的 ITER 實驗。（桑迪亞每年約有 8000 萬美元用於執行 Z 機器，但除了 MagLIF 之外，它還用於其他實驗。）NIF 使用近 2 兆焦耳的雷射能量擠壓燃料艙，而 ITER 將在甜甜圈形狀的“託卡馬克”中使用 10,000 噸超導磁體來固定等離子體，以促使自持聚變。
這兩個大型專案都遇到了問題。經過兩年的共同努力，NIF 遠未達到 2012 年最後期限的點火目標。此後，其聚變產量顯著增加——最近一次射擊產生了近 1016 箇中子，赫爾曼說——但每年超過 3 億美元的專案在 2014 年面臨進一步的預算削減。與此同時，延誤和預算超支已成為 ITER 的常態。該設施預計要到 2027 年才能開始執行——比最初計劃晚了 11 年。
除了更便宜之外，MagLIF 似乎還具有技術優勢。雷射不僅可以預熱氫燃料，還可以使其更具導電性——從而更容易受到 Z 箍縮的影響。此外，在去年年底發表的一篇論文中，MagLIF 物理學家展示了證據，表明施加的輔助磁場除了可以隔離燃料外，還可能具有穩定圓柱體在內爆時的副作用（T. J. Awe 等人，《物理評論快報》111, 235005; 2013）。桑迪亞物理學家斯蒂芬·斯盧茨說，如果是這樣，那將減少流體動力學不穩定性，這種不穩定性可能會在聚變開始之前分散能量和燃料。他在 2009 年提出了 MagLIF 系統。
在未來幾年內，MagLIF 科學家計劃開啟他們擁有的所有三個旋鈕。他們可以將 Z 機器提升到 2700 萬安培；他們可以將磁場提升到高達 30 特斯拉；他們計劃將雷射升級到 8 千焦耳。他們還計劃將燃料從氫同位素氘製成的燃料轉換為包含氘和另一種同位素氚的燃料——這也應該會提高產量。到 2015 年，他們希望實現 1016 箇中子或大約 100 千焦耳的產量，足以表明點火已經觸手可及。
迅速取得進展至關重要。美國國家核安全管理局是能源部資助 NIF、Z 機器和其他雷射聚變工作的部門，計劃在 2015 年向國會提交一份關於這些技術未來的評估報告。如果 MagLIF 達到其 100 千焦耳的目標，則可以支援將 Z 機器升級到 6000 萬安培或更高的論點，模擬表明這將足以實現點火。
“我們都希望他們能夠在早期射擊中取得成功，從而證明建造一臺更大的機器是合理的，”哈默說。