當地時間 12 月 5 日，美國能源部和英國能源安全與凈零部宣布，將向英國托卡馬克能源公司(Tokamak Energy)投資 5200 萬美元，共同升級該公司的 ST40 實驗性聚變設施，作為開啟進一步合作的基礎。

聚變能源被視為未來清潔能源的重要選擇。這種能源形式不會產生溫室氣體排放，也不會產生長期的放射性廢物。

如果能在地球上實現可控核聚變，將為人類提供一種安全、清潔且近乎無限的能源。

英國氣候部長凱瑞·麥卡錫(Kerry McCarthy)表示：“聚變能源有潛力成為一種清潔和可持續的能源，從根本上改變我們的供電方式。

因此，這項戰略合作對于加速開發這項令人振奮的新技術至關重要。”

(來源：Tokamak Energy)

Tokamak Energy 是這一領域的佼佼者，作為唯一一家擁有超過 10 年設計、建造和運營托卡馬克裝置經驗的私營企業，其成就令人矚目。

該公司起源于 2009 年，由英國原子能管理局分拆而來，經過十多年的發展，已經成為歐洲最具實力的私營聚變能源企業之一。

在此前與普林斯頓等離子體物理實驗室(Princeton Plasma Physics Laboratory)和橡樹嶺國家實驗室(Oak Ridge National Laboratory)的合作中，該公司的 ST40 裝置已經實現了比太陽核心溫度還要高六倍的等離子體溫度，成為首個達到 1 億攝氏度的私營聚變反應堆。

此次升級項目的一個重要創新是將在 ST40 裝置的內壁涂上鋰元素涂層。

這項技術有望顯著提高反應堆的性能和穩定性，其發展歷程可以追溯到上世紀 90 年代。

普林斯頓等離子體物理實驗室主任史蒂文·考利(Steven Cowley)解釋說：“我們實驗室在幾十年前就開創了在聚變裝置中使用鋰涂層的先河。

我們發現鋰涂層能顯著改善約束性能。現在能夠與私營企業合作，將這一專業知識付諸實踐，我們感到非常興奮。”

Tokamak Energy 的 CEO 沃里克·馬修斯(Warrick Matthews)展望未來時表示：“我們的 ST40 近年來取得了令人印象深刻的成果，我們很高興通過這次公私合作開啟 ST40 的新使命。

這個項目將推進球形托卡馬克和整個行業的聚變科學技術發展，朝著實現聚變能源的共同目標邁進。”

根據美國能源部的定義，實現可控核聚變需要同時滿足三個關鍵條件：等離子體燃料粒子必須達到足夠高的溫度、足夠高的密度，并且能夠在足夠長的時間內保持其熱量。

這三個條件的同時實現對技術水平提出了極高的要求，這也是為什么聚變能源的商業化一直是一個巨大的挑戰。

(來源：Tokamak Energy)

這個為期五年的項目預計將于 2025 年啟動，三方將共同使用 5200 萬美元的資金。升級后的設施預計將于 2027 年投入運營。

值得注意的是，這項合作的意義遠不止于技術創新，它還將推動國際科研合作的深入發展。

根據協議，美英兩國的大學和國家實驗室的研究人員都能夠從 ST40 托卡馬克裝置的研究中受益，這種開放共享的態度將有助于加速聚變能源技術的突破。

Tokamak Energy 的發展規劃可謂雄心勃勃。該公司計劃到 2026 年在英國原子能管理局的卡勒姆園區建造另一個球形托卡馬克原型 ST80-HTS，用于展示高溫超導磁體的全部潛力。

他們的目標是在 2030 年代建成一座示范性的并網聚變電站，并最終開發輸出功率為 500 兆瓦的商業化裝置，每座裝置可為約 8.5 萬戶家庭供電。

根據 Tokamak Energy 最新披露的設計方案，他們正在開發一種“高場球形托卡馬克裝置(high-field spherical tokamak plant)”，預計能產生 800 兆瓦的聚變功率和 85 兆瓦的凈電力輸出。

這種新一代裝置將采用高溫超導磁體來約束和控制氘氚燃料，使其形成的等離子體溫度遠超太陽中心溫度。

該裝置的設計參數包括 2.0 的寬高比、4.25 米的等離子體主半徑和 4.25 特斯拉的磁場強度，并配備液態鋰氚增殖包層。這些技術指標如能實現，將標志著聚變能源技術的重大突破。

這項合作是美英兩國 2023 年 12 月簽署的聚變戰略伙伴關系的重要組成部分，旨在推進美國的“商業聚變能源大膽十年愿景(U.S. Bold Decadal Vision)”和英國的聚變戰略。

在資金支持方面，Tokamak Energy 已經展現出強大的募資能力，累計籌集了超過 3.35 億美元的資金，目前是歐洲資金最充足的私營聚變能源企業。

據 Tokamak Energy 介紹，它采用的球形托卡馬克設計相比傳統的“甜甜圈”形狀反應堆具有明顯優勢，不僅更加緊湊，還能更好地約束超高溫等離子體，這意味著反應堆可以更小、更經濟、更容易建造。