2025年2月26日，德國(guó)初創(chuàng)公司Proxima Fusion（比鄰星聚變）宣布推出名為Stellaris的創(chuàng)新聚變能反應(yīng)堆設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)商業(yè)化聚變能的最快途徑。Stellaris采用先進(jìn)的技術(shù)路線，結(jié)合了高溫超導(dǎo)（HTS）磁體和仿星器技術(shù)，Proxima Fusion的團(tuán)隊(duì)由來自MIT、谷歌、SpaceX以及邁凱倫等公司的工程師組成，致力于推動(dòng)聚變能走向現(xiàn)實(shí)，公司計(jì)劃在6年內(nèi)實(shí)現(xiàn)第一個(gè)示范裝置Alpha的穩(wěn)定運(yùn)行，為未來1GW聚變電廠奠定基礎(chǔ)。

一、Stellaris：革命性聚變反應(yīng)堆設(shè)計(jì)

Stellaris是一種高溫超導(dǎo)（HTS）磁體的準(zhǔn)等動(dòng)力（QI）仿星器，采用復(fù)雜的三維磁場(chǎng)來限制熱等離子體，從而為核聚變反應(yīng)創(chuàng)造理想條件。與傳統(tǒng)的托卡馬克設(shè)計(jì)不同，Stellaris采用仿星器技術(shù)，通過外部磁體實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的等離子體約束，運(yùn)行功率更低，具有更好的連續(xù)穩(wěn)定性，這使得它在聚變反應(yīng)持續(xù)運(yùn)行方面表現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。Proxima Fusion的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官 Francesco Sciortino表示：“Stellaris的設(shè)計(jì)不僅突破了傳統(tǒng)聚變反應(yīng)堆的技術(shù)限制，其連續(xù)穩(wěn)定的運(yùn)行方式為聚變能的大規(guī)模應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。與現(xiàn)有的聚變發(fā)電廠設(shè)計(jì)不同，Stellaris能夠可靠且持續(xù)地運(yùn)行，從而克服了托卡馬克和其他聚變反應(yīng)堆設(shè)計(jì)中的不穩(wěn)定性。”

二、AI驅(qū)動(dòng)的聚變反應(yīng)堆設(shè)計(jì)

仿星器技術(shù)的最大難點(diǎn)在于其復(fù)雜性。仿星器的設(shè)計(jì)和制造通常非常困難，這也是為什么在20世紀(jì)60年代，大多數(shù)聚變研究都聚焦于托卡馬克。

然而，計(jì)算能力的進(jìn)步正在縮小這兩者之間的差距。Stellaris的設(shè)計(jì)不僅依靠物理學(xué)的突破，還通過人工智能（AI）技術(shù)來優(yōu)化反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)過程。Proxima Fusion采用先進(jìn)的AI超級(jí)計(jì)算機(jī)進(jìn)行快速的設(shè)計(jì)迭代，通過考慮成本、材料可用性和效率等多個(gè)參數(shù)，開發(fā)出簡(jiǎn)潔、快速且低成本的聚變反應(yīng)堆。這種創(chuàng)新設(shè)計(jì)使得Proxima Fusion能夠跳過傳統(tǒng)原型測(cè)試階段，直接進(jìn)入功能齊全的示范裝置建設(shè)，從而大大縮短了技術(shù)驗(yàn)證和商用化的時(shí)間。

Proxima的仿真驅(qū)動(dòng)工程方法利用先進(jìn)的計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)迭代。Stellaris是第一個(gè)基于QI仿星器的發(fā)電廠設(shè)計(jì)，它在物理與工程約束的平衡方面取得了巨大成功，這些都通過電磁、結(jié)構(gòu)、熱和中子模擬得到了驗(yàn)證。通過將這些物理與工程約束整合到一個(gè)優(yōu)化框架內(nèi)，Proxima現(xiàn)在能夠依托Alpha示范裝置實(shí)現(xiàn)大膽的突破，而不是像傳統(tǒng)的聚變反應(yīng)堆設(shè)計(jì)那樣，通過幾十年的反復(fù)原型測(cè)試來逐步改進(jìn)。

三、技術(shù)突破與創(chuàng)新

1、高溫超導(dǎo)磁體的集成創(chuàng)新

與之前的仿星器概念相比，Stellaris采用了更強(qiáng)大的高溫超導(dǎo)（HTS）磁體，這些磁體能夠產(chǎn)生更強(qiáng)的磁場(chǎng)，顯著縮小反應(yīng)堆體積，同時(shí)提升能源轉(zhuǎn)換效率。得益于這些磁體，Stellaris不僅能更快速地建造，還能提供更高效的能源輸出。

2、磁場(chǎng)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化

通過多物理場(chǎng)耦合計(jì)算（涵蓋磁流體力學(xué)、熱力學(xué)及中子輸運(yùn)等領(lǐng)域），Proxima Fusion成功建立了滿足QI約束的場(chǎng)強(qiáng)分布模型，確保等離子體穩(wěn)定性和能量增益比（Q值）達(dá)到商用標(biāo)準(zhǔn)。此外，Proxima Fusion還采用了先進(jìn)的拓?fù)鋬?yōu)化算法，提高了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，解決了傳統(tǒng)聚變反應(yīng)堆設(shè)計(jì)中應(yīng)力集中和熱負(fù)荷管理的問題。

3、高溫超導(dǎo)線圈冷卻系統(tǒng)

針對(duì)Stellaris的強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境，Proxima Fusion開發(fā)了新型的HTS線圈冷卻系統(tǒng)，能夠在強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下高效管理超導(dǎo)材料的溫升，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

4、模塊化中子屏蔽層設(shè)計(jì)

針對(duì)Stellaris復(fù)雜的幾何特征，Proxima Fusion設(shè)計(jì)了模塊化中子屏蔽層方案，不僅確保了輻射防護(hù)，還提高了材料的利用率。

四、商業(yè)化目標(biāo)：從示范裝置到商業(yè)化電站

Proxima Fusion的目標(biāo)是在2031年實(shí)現(xiàn)Alpha示范裝置的凈聚變能輸出，并在21世紀(jì)30年代實(shí)現(xiàn)商業(yè)化聚變電站并網(wǎng)發(fā)電。根據(jù)計(jì)劃，2027年將完成高溫超導(dǎo)模型線圈（SMC）的技術(shù)驗(yàn)證，突破HTS在強(qiáng)磁場(chǎng)環(huán)境下的應(yīng)用瓶頸。隨著Alpha裝置的進(jìn)展，Stellaris有望成為世界上第一個(gè)具備連續(xù)運(yùn)行能力的聚變堆系統(tǒng)，為未來的商業(yè)化聚變電站奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

五、與其他聚變技術(shù)的對(duì)比：Stellaris與ARC

Stellaris與其他聚變公司，如美國(guó)的Commonwealth Fusion Systems（CFS）所推出的ARC反應(yīng)堆相比，具有顯著的技術(shù)差異：

1、技術(shù)路線：Stellaris采用準(zhǔn)等動(dòng)力（QI）仿星器技術(shù)，通過外部線圈系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)三維磁場(chǎng)約束，而ARC依賴托卡馬克技術(shù)，結(jié)合中央螺線管線圈與等離子體電流共同產(chǎn)生磁場(chǎng)，運(yùn)行方式為脈沖式。

2、設(shè)計(jì)集成化與商業(yè)化目標(biāo)：Stellaris是首個(gè)經(jīng)過同行評(píng)審的集成化商業(yè)聚變電站設(shè)計(jì)，計(jì)劃在2031年展示凈聚變能輸出，并在21世紀(jì)30年代實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電。ARC則更側(cè)重于驗(yàn)證托卡馬克技術(shù)的能量增益，尚未明確提及“集成化商業(yè)設(shè)計(jì)”。

3、技術(shù)參數(shù)與工程路徑：Stellaris通過HTS磁體實(shí)現(xiàn)10特斯拉級(jí)強(qiáng)磁場(chǎng)，體積更小，支持模塊化快速建造；而ARC采用20特斯拉級(jí)HTS磁體，體積較大，需要解決托卡馬克技術(shù)的磁重聯(lián)與熱負(fù)荷管理問題。

4、國(guó)際合作與團(tuán)隊(duì)背景

Stellaris由馬普等離子體物理研究所孵化，團(tuán)隊(duì)包括MIT、谷歌、特斯拉、邁凱倫、SpaceX等公司成員，強(qiáng)調(diào)公私合作與歐洲能源戰(zhàn)略協(xié)同；而ARC則由麻省理工學(xué)院衍生，獲比爾?蓋茨、谷歌等投資，聚焦美國(guó)本土供應(yīng)鏈與商業(yè)化路徑。

六、未來展望：推動(dòng)清潔能源的革命

Proxima Fusion的Stellaris反應(yīng)堆設(shè)計(jì)不僅代表了聚變能技術(shù)的重要突破，還展示了如何通過國(guó)際合作和創(chuàng)新加速清潔能源的商業(yè)化進(jìn)程。隨著示范裝置Alpha的推進(jìn)，Stellaris有望成為推動(dòng)全球能源轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵技術(shù)之一。通過聚變能的實(shí)現(xiàn)，Stellaris將為全球提供一種清潔、可持續(xù)的能源解決方案，推動(dòng)核聚變能源時(shí)代的到來。

參考資料：

Proxima Fusion and Partners Publish Stellaris Fusion Power Plant Concept to Bring Limitless, Safe, Clean Energy to the Grid. 20250226. https://www.proximafusion.com/press-news/proxima-fusion-and-partners-publish-stellaris-fusion-power-plant-concept-to-bring-limitless-safe-clean-energy-to-the-grid