科幻作品里，等離子炮是一種常見的“超級武器”，其原理是利用激光把重氫加熱至百萬度高溫，使之變成等離子態，然后再利用電磁技術，將這團帶電的粒子包裹成球狀發射出去摧毀目標。
日常生活中，等離子是許多常見設備的主要組成部分，如熒光管；極光和閃電則是少數自然產生的自然等離子體。等離子是物質四態中的一態，通過對氣體放電或加熱的辦法從外界獲得足夠能量后，氣體分子或原子軌道中被束縛的電子便可變為自由電子，形成等離子體——一種氣體狀物質。
在能源研究方面，人們最感興趣的等離子體是高性能等離子體，它的溫度十分高，因此其粒子有足夠高的能量來引起相互間的核聚變——而對于核聚變能源的開發和使用則是人類多年來的夢想。一旦其成為現實，人類將徹底擺脫能源危機。
清潔能源的“火種”
位于美國新澤西州普蘭斯堡市福雷斯特校區的普林斯頓等離子體物理實驗室（Princeton Plasma Physics Laboratory，PPPL）是一家長期致力于發掘與等離子體物理相關的新知識的研究機構，同時它也為創造聚變能貢獻實用的方案。
PPPL由美國能源部科學辦公室負責運營管理，由超過500名頂級工程師、研究人員和員工組成。實驗室的研究領域包括核聚變實驗與理論、基礎等離子體科學、等離子體天體物理學、其他物理和工程研究以及對球形托卡馬克聚變裝置升級版NSTX-U的研究等。
自實驗室創辦以來，PPPL的研究人員一直嘗試建造自己的核聚變反應堆。他們試著通過將一個小區域內離子的數量以及它們盡可能貼近的時間最大化，來使原子之間足夠接近。而為了做到這一點，反應堆需加熱到遠比太陽核心還要高的溫度，從而將氫氣轉化為氫等離子體。接下來，只要強磁場或高能激光將等離子體限制在一個小的可控區域內，聚變就會發生。
1964年，PPPL提出了實驗室創立以來第一個等離子體加熱的中性束注入計劃。在之后的30年里，中性束加熱在取得大量聚變能量所需的等離子體條件方面發揮了關鍵作用。
人造恒星的溫室
幾千萬、幾億攝氏度高溫的聚變物質究竟要裝在什么容器里，這一直是困擾科學家的難題。
托卡馬克最初是由蘇聯庫爾恰托夫研究所的阿齊莫維齊等人于20世紀50年代發明的。它的中央是一個環形的真空室，外面纏繞著線圈。通電時，托卡馬克內部會產生巨大的螺旋型磁場，將其中的等離子體加熱到很高的溫度，以達到核聚變的目的。但常規托卡馬克裝置體積龐大且效率低，突破難度很大。
在過去的30年里，PPPL一直是利用托卡馬克進行磁約束實驗的領導者，并不斷對此項技術進行鉆研改進。
1970年5月1日，美國第一個托卡馬克實驗始于PPPL的對稱托卡馬克。1974年，美國國會批準實施托卡馬克聚變試驗反應堆（TFTR)項目，它也成為世界上第一個用50/50混合氘和氚進行實驗的磁核聚變裝置。1990年，TFTR在離子溫度和聚變能方面創造了世界紀錄。
在探索核聚變裝置的道路上，PPPL人的字典里沒有“盡頭”二字。
2015年，在美國能源部科學辦公室的資助下，PPPL完成了對球形托卡馬克聚變裝置NSTX的升級改造。球形托卡馬克裝置外形如空心蘋果，與常規托卡馬克裝置不同，后者更像是笨重的甜甜圈。改造后球形托卡馬克裝置的主磁場強度達到原來的2倍，并增加了注射中性原子的第二個端口，給等離子體加熱，使其溫度將能達到1500萬℃，比太陽的溫度還高。升級之后，該裝置的新名字是NSTX-U。
其實，NSTX-U的誕生和發展，最初可以追溯到PPPL一項有著65年“高齡”的研究。
20世紀50年代，物理學家Lyman Spitzer創建了一個名為“仿星器”的機器，用來仿真恒星內部持續不斷的核聚變反應，由此產生并釋放出巨大的能量。仿星器是全世界最早期的受控核聚變裝置，之后，它便被建造在后來的PPPL。而如今，世界上兩個最著名的核聚變反應堆設計——仿星器和托卡馬克早已遍布于全球。
如今的NSTX-U使得世界各地的研究人員得以共同探索如何創造核聚變反應，這項任務的本質就是要在地球上創造一顆恒星，為世界帶來清潔、可靠、安全、幾近無限的能量。
“這是令人興奮的新領域，我們很高興能踏上聚變研究的下一個前沿。這一裝置可以改變世界，并向我們展示一種方法，讓我們可以從聚變能源中獲得電力，以供所有人使用。”時任PPPL主任Stewart Prager表示。
當人們還在為PPPL上一項創造鼓掌歡呼時，PPPL卻已經大踏步朝著未來邁進了。下一步，實驗室將繼續對NSTX-U進行研究，以期解決研制下一代核聚變裝置所面臨的技術問題。■