近日，核聚变领域迎来多项重要进展。美国私营核聚变公司 Commonwealth Fusion Systems(CFS)和国际热核聚变实验反应堆(ITER)组织的相关项目均取得关键突破。

低温恒温器底座被放入到位(图片：CFS)

CFS 启动 SPARC 托卡马克组装工作

美国私营核聚变公司 CFS 已在马萨诸塞州德文斯的总部开始建造 SPARC 原型聚变机，并安装了圆盘状不锈钢低温恒温器底座，标志着 SPARC 托卡马克组装工作正式开始。

SPARC 被描述为一种紧凑、高场、净聚变能装置，尺寸与现有的中型聚变装置相当，但磁场更强。这种环形装置将使用强大的电磁铁产生适合聚变能的条件，包括超过 1 亿摄氏度的内部温度，预计将产生 50 - 100 兆瓦的聚变功率，实现大于 10 的聚变增益。

为保证超导磁体性能，CFS 将它们安置在一个更大的腔室(低温恒温器)内，通过真空与外界隔离。现已安装的低温恒温器基座直径为 24 英尺(超过 7 米)，重达 75 吨，将支撑重达 1000 吨的 SPARC，还能吸收聚变过程中产生的部分中子，并容纳氦冷却剂、磁体电源和内部传感器通信链路的导管。

CFS 项目副总裁 Samer Hamade 表示：“随着低温恒温器基座的安装，我们开始建造聚变能系统的核心。这是 CFS 聚变能项目进入新阶段托卡马克组装的一个非常明显的例子。”

在接下来的几个月里，CFS 将在两个橙色支架上安装 D 形环向场(TF)磁铁，将 SPARC 的真空容器插入这些 TF 磁铁的内部，添加环绕结构的圆形极向场(PF)磁铁，将圆柱形中央螺线管(CS)磁铁放到托卡马克的中心，并用低温恒温器的侧面和顶部密封整个组件。

同时，CFS 已开始努力安装 SPARC 周围的设备，包括为托卡马克超强磁铁供电和冷却的系统、用于监控聚变过程的诊断传感器，以及将 SPARC 的氢燃料转化为等离子体以用于聚变过程的加热系统。

CFS 工程总监 Moji Safabakhsh 表示：“低温恒温器底座的安装是启动组装过程并将 SPARC 与工厂其余部分互连的分水岭时刻。”

SPARC 将为首个商业上可行的核聚变发电厂 ARC 铺平道路，该发电厂旨在产生约 400 MWe 的电力，足以为大型工业场所或约 15 万户家庭供电，预计将在 2030 年代初向电网输送电力。

2024 年 12 月，CFS 宣布计划独立融资、建造、拥有和运营位于弗吉尼亚州切斯特菲尔德县的商业规模聚变发电厂。该公司是麻省理工学院的分拆公司，表示已与 Dominion Energy Virginia 达成协议，提供非金融合作，包括开发和技术专业知识以及詹姆斯河工业园区拟建场地的租赁权。Dominion Energy Virginia 目前拥有拟建场地。

ITER 完成低温泵制造

国际热核聚变实验反应堆(ITER)组织的欧洲国内机构——能源聚变组织(F4E)宣布，ITER 的第八个也是最后一个环形低温恒温器低温泵已经完成工厂验收测试。

这些部件是反应堆燃料循环和真空系统的关键部件，由 Research Instruments 和 Alsymex 合作制造。在预生产单元的基础上，这些部件的批量生产于 2020 年开始，并在去年首次交付时达到顶峰。

F4E 交付的 8 台低温泵中，两台将用于低温恒温器，六台将通过偏滤器连接到真空容器。低温泵将使用低温板捕获气体粒子，冷却至约 -269°C 的超低温，然后释放它们以重新处理未燃烧的燃料。

未来几年，ITER 组织将把低温泵连接到强大的低温装置电路中，在真实的低温条件下对其进行测试。

F4E 项目经理 Francina Canadell 表示：“低温泵需要完美的生产链，以确保整个加工、焊接和组装过程中的严格公差。得益于顺畅的协调，我们成功满足了标准，甚至当场解决了一些不可预见的问题。”

ITER 是一个大型国际项目，旨在建造托卡马克聚变装置，以证明聚变作为大规模无碳能源的可行性。ITER 的目标是以 500 MW 的功率运行(连续运行至少 400 秒)，输入 50 MW 的等离子体加热功率，运行过程中可能需要额外输入 300 MWe 的电力，但不会发电。

35 个国家正在合作建造 ITER，其中欧盟承担了近一半的建设费用，其他六个成员国(中国、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国)则承担了其余费用。ITER 于 2010 年开始建设，原定于 2018 年首次产生等离子体的目标日期于 2016 年被 ITER 理事会推迟到 2025 年。然而，去年 6 月，ITER 公布了一项修订后的项目计划，旨在实现“科学和技术上稳健的初始运营阶段，包括 2035 年的氘 - 氘聚变运行，随后实现全磁能和等离子体电流运行”。