摘要：2025年3月28日，《等离子体物理杂志》一次性刊登了六篇论文，完整呈现美国能源公司Type One Energy设计的仿星器核聚变试验堆Infinity Two的物理基础。这是首个面向电网供电的防星器聚变试验电站的完整理论框架。
2025年3月28日，《等离子体物理杂志》一次性刊登了六篇论文，完整呈现美国能源公司Type One Energy设计的仿星器核聚变试验堆Infinity Two的物理基础。这是首个面向电网供电的防星器聚变试验电站的完整理论框架。
图源：Type One Energy。
仿星器这种环形磁约束装置诞生70余年，其复杂的三维磁场结构长期受制于工程实现难度。德国Wendelstein 7-X装置虽验证了仿星器的物理可行性，但体积庞大（主半径5.5米）、造价高昂（12亿美元）。Type One Energy此次设计的Infinity Two将尺寸缩小到适合电厂部署，并首次系统论证了等离子体约束、氚燃料循环、废热排出等工程问题——他们甚至在论文里算清了反应堆需要多少块磁体支撑壳，以及如何用3D打印技术制造这些扭曲的金属部件。
选择田纳西州退役火电厂Bull Run作为建造地颇具深意。该厂原有电网接口可直接复用，省去数十公里输电线路成本。这种「旧瓶装新酒」的策略，显示出商业化思维与科研思维的差异——用项目CEO莫里的话说：「我们设计的不是科学玩具，而是能接入电网的真实发电设备」。
过去十年，托卡马克因ITER项目占据聚变技术主流。但Type One Energy押注仿星器有三大理由：
1. 稳定性：无需依赖等离子体内部电流自我约束，彻底规避托卡马克的等离子体破裂风险。对防星器来说，千秒运行都是起步价，而托卡马克比如中国EAST装置，高度依赖强自举电流，存在构型破裂的风险。
2. 磁场设计：借助超算优化三维磁场形态，使约束性能比传统仿星器提升30%。论文披露，他们在橡树岭实验室的Frontier超算上跑了470万核时，相当于普通电脑计算15万年。
3. 制造革命：用巨型金属3D打印机NEBULA制造螺旋磁体。传统仿星器零件需要手工组装数月，而他们的真空腔室组件打印时间缩短到72小时。
不过挑战依然存在。论文中坦承，氚增殖包层（Breeder Blanket）的氚滞留率仅有0.3%，远低于理论值。这意味着需要频繁补充这种半衰期12年的稀有同位素——好在田纳西实验室存有美军冷战时期遗留的氚库存，能支撑前期实验。
当前核聚变商业化呈现「多轨制」：一边是ITER为代表的标准托卡马克，还有MIT衍生的CFS等等，凭借高温超导磁体（磁场强度达20特斯拉，地球磁场的50万倍），计划2025年建成原型堆SPARC，研究时间最长，投入和成果最多，主流科学家最认可。
另一边是helix，DAE，generalfusion，focus等非主流，磁惯性约束+反场，仿星器，特例，其实是一种托卡马克的变体，主流一开始没选择他，就是因为他太难造了。
有趣的是，诸多路线正在交叉验证对方技术。Type One Energy论文中引用MIT团队开发的等离子体湍流模型，而CFS则借鉴了仿星器的无绝缘磁体设计。这种「技术杂交」可能催生新组合——例如用高温超导磁体增强仿星器性能，理论上可将反应堆体积再缩小40%。
当美国私企高歌猛进时，中国仍以国家队主导。合肥EAST装置刚实现1亿度等离子体运行千秒以上，成都HL-2M也在验证偏滤器，刚刚实现双千，三乘积实现突破。产业层面已有跨域流动：比尔·盖茨投资的Type One Energy，其首席科学家团队包含中科院原等离子体所研究员；而中国私募基金2024年向美国聚变公司Helion注资2亿美元，创下能源领域单笔投资纪录。
值得关注的是，Type One Energy选择的超临界二氧化碳发电技术，与中国第四代核电站技术路线高度契合。论文中提到的碳化钨复合材料，恰是西南物理研究院钟武律团队专利技术——这场能源革命中，技术扩散比专利壁垒跑得更快。毕竟，人类对聚变能源有共同需求。
Type One Energy计划2030年前建成50万千瓦级电站，度电成本目标0.05美元。这个数字是否靠谱？对比可知：美国光伏目前度电成本0.03美元，但需配套储能；而该公司的计算显示，仿星器若实现连续运行，设备利用率可达90%（光伏仅20%）。关键在于能否突破材料寿命瓶颈——论文中真空腔室内壁设计寿命仅2年，距离商用核电站60年标准仍有鸿沟。
此刻回望举全球之力的ITER，更像是一场技术马拉松的发令枪。当私营公司开始用超算模拟替代实体验证、用3D打印缩短迭代周期，那个被调侃为「永远还要50年」的聚变梦想，或许真会提前撞线。
参考文献：
Physics basis of the Infinity Two fusion powerplant, Journal of Plasma Physics (2025). www.cambridge.org/core/journal … o-fusion-power-plant
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来源：科学剃刀