2022年，瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)下属的瑞士等离子体中心(SPC)与谷歌旗下DeepMind联合，开发了一个用于核聚变研究的人工智能深度强化学习系统，并成功实现了对托卡马克内部核聚变等离子体的控制。2023年，双方再次宣布取得新的突破：不仅通过实验模拟将等离子体形状的精度提高了65%，还使得训练时间大幅度减少。
使用强化学习控制器生成的不同等离子体形状，版权所有：DeepMind & SPC/EPFL
一、基本概况
SPC，全称是Swiss Plasma Center，即瑞士等离子体中心。前身可追溯到1961年成立的等离子体物理实验室。SPC是一家全球领先的聚变实验室，隶属于洛桑联邦理工学院，它也是欧洲聚变能发展联盟EUROfusion的成员。实验室主要从事等离子体物理理论、基础实验等离子体物理、托卡马克物理、聚变反应堆材料、超导体开发与测试、回旋管和等离子体处理等领域的研究。
洛桑联邦理工学院，全称是École Polytechnique Fédérale de Lausanne(法语)，简称EPFL。学校最早成立于1853年，后于1969年从洛桑大学独立出来，是一所由瑞士联邦政府直接管理的公立研究型理工类大学。EPFL在国际上享有很高的声望，其科技、物理等学科都属于全球顶尖级别，在2023年QS世界大学排名中位列第16位。学校下设七个学院，而SPC隶属于其基础科学学院(School of Basic Sciences)。
EPFL的七个学院分别是：
基础科学学院：School of Basic Sciences
工程学院：School of Engineering
建筑、工程与环境学院：School of Architecture, Civil and Environmental Engineering
计算机与通信科学学院：School of Computer and Communication Sciences
生命科学学院：School of Life Sciences
技术管理学院：College of Management of Technology
人文学院：College of Humanities
二、研究领域
SPC作为瑞士核聚变研究中心，承担着所有与本国聚变研究相关的所有工作。主要任务包括：一是等离子体物理学的教学和研究;二是在瑞士联邦政府与EURATOM框架内开展科学聚变研究活动;三是发展其在材料、等离子体理论领域的技术开发与转让。其研究领域包括：
TCV托卡马克物理：TCV(Tokamak à Configuration Variable)是SPC最大的实验设施。SPC致力于是利用自身高度专业化的能力(尤其是在等离子体位形控制、电子回旋加热方面)来探索磁约束等离子体的物理边界，以期为ITER项目提供直接支持，同时也为ITER之后可能需要的一些替代路径进行探索，推动聚变研究朝向原型聚变反应堆方向发展。
理论模拟：基于等离子体是一种极其复杂的物质状态，其特征是在广阔的时间和空间尺度上发生的现象。SPC旨在通过解析理论和计算机模拟来理解这些物理现象。
基础等离子体物理：主要是利用已有的TORPEX装置来推进对磁化等离子体中发生的基本现象的理解，这些现象可能对聚变能源研究产生影响。
推动国际合作：旨在推动SPC参与JET实验活动、参与ITER的建设，准备ITER的科学利用，以及DEMO(示范聚变电厂)的设计等国际性活动。
超导性研究：依靠其拥有的非常强大的超导体测试装置SULTAN，SPC在超导性研究主要有两个方面：一是利用SULTAN装置测试聚变装置(如ITER)中使用的超导体;二是参与为未来装置(如DEMO)设计超导线圈，并开发高温超导体。
等离子体处理：几十年来，热等离子体和非热等离子体在各种工业中找到了应用，几乎所有工业化国家的研发活动都在持续进行。SPC正在推动其先进的等离子体技术在半导体制造、光伏电池生产、平板显示器制造等工业领域上的应用。
三、发展历程
1961年，等离子体物理实验室(Plasma Physics Laboratory)成立，这是一个瑞士联邦委员会(瑞士的最高行政机构)和瑞士国家科学基金会(SNSF)组成的“原子科学特别委员会”组织成立的科研实验室。
1968年，PPL更名为CRPP，即等离子体物理研究中心，后者成为瑞士在等离子体物理和聚变领域研究的主要实验室。
1973年，CRPP加入EPFL，正式成为洛桑联邦理工学院的一部分。
1978年，瑞士联邦政府和Euratom签署了一份关于瑞士参与欧洲核聚变领域研究的合作协议。CRPP和瑞士国家教育、研究和创新秘书处将会代表瑞士加入 Euratom计划的指导委员会。
1989年，成立了一个新的研究分支：Industrial Plasmas小组。
1992年，建造第二个托卡马克，即实验聚变反应装置TCV(Tokamak à Configuration Variable)。其独特特性：可测试各种形状的等离子体。同年，还开发超导体测试设施SULTAN，此后广泛用于各类测试中。
1995年，为核聚变研究开发了首个大规模并行高性能计算(HPC)技术。
2000年，在TCV托卡马克上安装了首个电子回旋加速器(EC)加热系统。
2002年，CRPP成为EPFL基础科学学院(School of Basic Sciences)下属的一个研究中心。
2003年，基本型等离子体设备TORPEX投入运行。
2013年，EUROfusion指定SPC的托卡马克作为欧洲三台国家机器之一，参与国际实验聚变反应堆ITER的设计，以及ITER的继任者DEMO(商用反应堆原型)的开发工作中。
2014年，CRPP正式加入EUROfusion。
2015年，CRPP更名为SPC(即瑞士等离子体中心)，升级其设施并扩大其活动范围。同年，首套中性束注入加热系统在TCV托卡马克上安装。
四、聚变装置
TCA： 全称Tokamak Chauffage Alfvén，是EPFL设计和建造的首台核聚变装置，于1980-1992年运营，重点用来评估和增强Alfvén波的等离子体加热。其核心参数为：等离子体大半径为0.615m，小半径为0.18m，最大等离子体电流为100KA，最大环形磁场1.1T。1994年，这台装置转让给巴西圣保罗大学(USP)，随后更名为TCABR(Tokamak Chauffage Alfvén BRésilien)，1999年开始重新启动运营，现如今已是南半球最大的托卡马克装置。
TCV： 全称Tokamak à configuration variable。1992年11月，产生了第一台等离子体，1993年6月开始全面运行。TCV首次证明了负三角形变可降低湍流进而显著改善等离子体约束，进而被越来越多的研究。在General Atomics的DIII-D托卡马克装置上进行的实验也表明，负三角形变等离子体在没有边界局域模(ELM)的情况下，标准的L模边缘径向剖面可以达到典型的H模的能量约束。随后，DIII-D托卡马克的实验将负三角形变高约束L模等离子体扩展成了偏滤器位形，产生了负三角形变的等离子体放电，并且具有显著的归一化和高约束模式的约束特征。TCV装置的核心参数为：等离子体大半径0.88m，小半径0.25m、最大等离子体电流1.2MA、环形磁场1.54T。
TORPEX： 该装置是欧洲为数不多的可以为理解空间和天体物理等离子体以及磁聚变的基本等离子体物理学做出重大贡献的专用设备，配置了一组灵活的磁线圈，包括28个环形线圈和4个垂直线圈。核心参数为：等离子体大半径1m，小半径0.2m。
EUROfusion的中型托卡马克(MST)计划囊括了欧洲的四大中型托卡马克装置。除了TCV以外，另外三个我们之前也都有过介绍，它们分别是德国ASDEX Upgrade、英国MAST Upgrade和法国WEST。SPC还参与了不少国际项目，例如：
ITER： SPC参与了ITER电子回旋加热系统的设计以及ITER反应堆的超导磁体测试、高电压电源设备的测试。2016年，由中科院等离子体物理研究所承担的ITER PF6磁体的超导接头认证件在ITER组织指定的瑞士SPC的SULTAN实验室完成了电性能测试，结果优于ITER规定的技术要求。
DEMO： SPC参与了DEMO项目的设计和研发，包括为DEMO设计NbTi极向场(PF)线圈的初步设计。SPC制造并测试了第一个全尺寸的DEMO环向场(TF)导体原型RW1，并在2015-2016年进行了测试，第二个改进的原型也在SPC进行测试。
CFETR： 2016年5月份，历经一个多月的性能测试，经历了2次冷热循环和上万次的电磁循环后，中国聚变工程实验堆(CFETR)中心螺管模型线圈超导导体在SPC以优异性能通过测试，这也标志着中科院等离子体物理研究所在中心螺管线圈上取得了关键技术的突破，为后续项目的顺利进展奠定了基础。
