日本的研究人員開發了一種基於微波的等離子體測量系統，該系統能夠同時監測高達 34 個點的核聚變等離子體，並能夠長時間持續運行，這一能力有望改善未來核聚變反應堆所需的實時監測。該系統由三菱電機、京都大學先進能源研究所及日本國立融合科學研究所（NIFS）共同開發，並成功在京都大學的 Heliotron J 核聚變實驗設備上進行了演示。根據團隊的説法，這一新系統通過結合頻率梳微波與雙梳下變換方法，提供了全球領先的性能，能夠在整個等離子體放電過程中進行穩定的長時間測量。
研究人員表示，該技術旨在支持等離子體診斷，這對於監測達到 180 萬華氏度以上的核聚變等離子體行為至關重要。
基於微波的等離子體測量系統改善核聚變反應堆監測
與需將設備放置在等離子體附近的傳統診斷方法不同，基於微波的測量允許關鍵組件與等離子體保持分離，從而減少未來核聚變反應堆內的中子輻射暴露。核聚變被廣泛視為潛在的無碳電力來源，但保持穩定的等離子體仍然是最大的工程挑戰之一。實時測量使研究人員能夠監控等離子體條件，並調整運行參數，以安全有效地維持核聚變反應。
這一新的診斷系統使用包含多個均勻間隔頻率的頻率梳微波。當微波進入等離子體時，根據其頻率在不同的電子密度下被反射。通過分析由多普勒效應引起的頻率偏移，研究人員可以同時測量多個位置的等離子體運動。與監測較少位置的傳統系統不同，這一新方法能同時使用多個微波頻率。每個頻率從等離子體內不同的電子密度反射，使系統能夠同時從多個區域收集數據。根據等離子體的條件，該系統可在放電過程中監測多達 34 個位置。
三菱電機與京都大學合作推進核聚變技術
該系統集成了具有 34 個獨立頻率組件的頻率梳，並使用雙梳下變換技術，將高頻微波信號轉換為更易於處理的低頻信號，同時減少接收器的計算負擔。這使得整個等離子體放電過程中都能進行穩定的測量。研究人員將微波發射器、接收器和光學元件整合進 Heliotron J 實驗核聚變設備中，測試證實該系統能夠在多達 34 個點上持續測量頻率偏移，同時捕捉等離子體條件在長時間運行中的變化。
三個組織自 2025 年以來一直合作推進基於微波的等離子體測量技術，以應對未來的核聚變系統。在該項目下，三菱電機開發了微波收發系統和測量平台，京都大學則生成高密度等離子體並分析等離子體行為，而 NIFS 則開發了雙梳下變換方法並為等離子體分析提供支持。日本已將核聚變能視為其融合能源創新戰略下的戰略技術，並促進業界、學界及政府之間的合作，目標是在 2030 年代實現核聚變發電。
可靠的等離子體診斷被認為是關鍵需求，因為隨著温度和中子輻射水平的上升，在核聚變反應堆內進行直接測量變得越來越困難。展望未來，合作夥伴計劃進一步開發利用頻率梳微波的等離子體控制技術，同時構建更詳細的等離子體測量系統。他們還旨在提高技術的環境抗性，以使其能夠抵禦未來商業核聚變反應堆內預期的惡劣條件。