核聚变发电有望重塑规模达数万亿美元的能源市场，但首先，初创企业必须证明其设计方案切实可行且成本可控。这两项任务都绝非易事，尤其是考虑到许多核聚变装置设计中使用的巨型磁体和激光器，安装精度需达到毫米级甚至更高。
核聚变初创企业Thea能源公司表示，其受像素技术启发设计的反应堆，搭配专属控制软件，无需达到同等精度标准即可实现发电。
“我们的设备无需从一开始就做到尽善尽美，” Thea能源联合创始人兼首席执行官布莱恩・贝尔津在接受《科技创业》采访时表示，“我们有办法在后端环节修正设备的缺陷。” 这一误差容忍度或将为Thea能源在竞争中抢占先机。
核聚变电厂有望为电网提供千兆瓦级的清洁电力，但高昂的材料与建造成本，可能使其难以与成本低廉的太阳能、风能发电形成竞争优势。Thea能源计划先建成电厂，再通过软件逐步优化完善，这一策略或能大幅降低核聚变发电成本。
不过，该公司首先需要打造出一台可运行的原型机。如今，Thea能源正式对外公布其反应堆的详细设计方案，包括支撑该设计的相关物理原理细节。这份研究报告由该初创企业独家提供给《科技创业》。
Thea能源正在研发一款独特的仿星器装置。仿星器是一类特殊的核聚变反应堆，通过磁体引导等离子体燃料形成特定形态。在核聚变研究领域，科研人员主要通过两种方式约束等离子体并维持其温度，直至发生核聚变反应：一种是磁约束法，即借助磁体实现约束，仿星器便属于此类；另一种是惯性约束法，利用激光或其他外力挤压小型燃料靶丸。
多数传统仿星器所使用的磁体造型奇特，宛如萨尔瓦多・达利画作中的奇幻意象。而Thea能源的设计方案另辟蹊径，采用 12 个大型磁体与数百个小型磁体的组合配置，构建出一台可称为 “虚拟仿星器” 的装置。
在传统仿星器中，磁体的形状经过特殊设计，契合等离子体的特性，相比托卡马克装置，能够以更低能耗实现等离子体的长时间约束。托卡马克装置则是采用一系列尺寸、形状完全相同的磁体来约束等离子体。但仿星器存在一个关键短板：其不规则的磁体形状难以实现大规模量产。
为此，Thea能源围绕尺寸统一的小型超导磁体阵列来设计反应堆。该公司计划通过软件对每一个磁体进行独立控制，生成可模拟传统仿星器扭曲磁场形态的磁场环境。
这一创新设计具备多项优势。首先，它让Thea能源得以快速迭代优化磁体设计。贝尔津透露，过去两年间，公司已对磁体设计方案调整了 60 余次。“大多数核聚变企业所使用的磁体、激光器或楔形部件，体积堪比一辆汽车。如此一来，单个部件的成本高达 2000 万美元，生产周期更是长达两年。”
其次，该设计使公司能够通过软件控制系统，弥补磁体在制造或安装过程中产生的误差。为测试初代控制系统性能，Thea能源搭建了一个由 9 个磁体组成的 3×3 阵列，并在阵列中配备了传感器。这套基于电磁学原理开发的控制系统，测试表现十分出色。此外，公司还希望探索人工智能在该任务中的应用潜力，因此基于强化学习技术训练出一套全新的人工智能控制系统。
测试结果让研发团队大感意外。
“我们特意对磁体阵列设置各种极端故障场景进行测试，” 贝尔津表示，“我们曾故意将一块磁体的安装位置偏移超过 1 厘米，肉眼都能看出它明显错位。实际上，要把磁体安装得这么差，对我们来说都费了不少功夫。” 研发团队还测试了五家不同厂商生产的超导材料，同时特意混入了存在缺陷的材料。“每一次测试中，控制系统都能在无需人工手动调节干预的情况下，自动修正这些缺陷带来的影响。”
Thea能源这款名为 “赫利俄斯” 的反应堆，将采用两种不同类型的磁体。反应堆外部配备 12 个大型磁体，分为四种不同形状，承担约束等离子体的主要任务。这类磁体与托卡马克装置所使用的磁体类似，而托卡马克正是Thea能源的竞争对手联邦聚变系统公司正在研发的环形反应堆。在大型磁体线圈内部，部署有 324 个小型圆形磁体，用于精细调节等离子体的形态。
该初创企业预计，赫利俄斯反应堆可产生 11 亿瓦的热能，这些热能将通过蒸汽轮机转化为 3.9 亿瓦的电能。反应堆每运行两年，需要停机进行一次为期 84 天的维护。若一切顺利，该反应堆的容量因数（用于衡量一段时间内实际发电量相对理论最大发电量的比例）将达到 88%。这一指标远超当前的燃气发电厂，与现役核电站的水平也相差无几。
目前，赫利俄斯项目仍处于概念设计阶段。Thea能源首先需要建造一台名为 “厄俄斯” 的初始核聚变装置，其核心目标是验证该设计方案背后的科学原理可行性。贝尔津表示，公司将于 2026 年公布厄俄斯装置的选址，并计划在 2030 年前后启动该装置。
在推进厄俄斯装置建造工作的同时，Thea能源计划同步开展赫利俄斯项目的研发。这一策略与联邦聚变系统公司的做法相似 —— 后者在建造 “斯巴达” 示范反应堆的同时，也在推进其首座商用发电厂 “阿尔克” 的研发工作。
现阶段，贝尔津期待核聚变领域的同行们对该设计方案发表见解。“本次发布的是一份概述性报告，后续我们还将通过同行评审和学术发表，公布更多详实的研究成果。” 他说，“当下正是我们建立合作关系、开展协同研发、推动终端用户参与，从而启动首台装置建造的关键时刻。”
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责任编辑：郭明煜
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