近日，来自瑞典的核聚变能源公司 Novatron Fusion Group（以下简称为 Novatron Fusion）宣布获得了 300 万欧元的研发资金，用于启动其重要的 TauEB 项目。
在人们不断寻求清洁能源的过程中，核聚变技术被视为终极解决方案。成立于 2019 年的 Novatron Fusion 总部位于瑞典斯德哥尔摩，它希望用独特的技术路线在聚变等离子体约束技术上取得新突破。
资助 TauEB 项目的 300 万欧元来自于欧盟欧洲创新理事会探路者计划。
这个项目是与瑞典皇家理工学院、乌克兰哈尔科夫物理技术研究所、英国原子能管理局等机构合作开展的，旨在显著提升核聚变反应堆中等离子体约束效率。
说到核聚变，不妨先了解一下它的基本原理。在自然界中，虽然地球上的物质主要以固态、液态和气态存在，但宇宙中的大多数物质却是以等离子体状态存在的。
太阳中的氢气就处于等离子体状态，在强大的压力作用下，氢原子相互融合形成氦，并在这个过程中释放出巨大的能量。这正是科学家们试图在地球上复制的过程，同时还要保证其可控性。
核聚变发电厂的成功取决于能量约束的质量，能量约束必须满足两个基本标准：稳定性和长时间维持等离子体且泄漏最少的能力。
TauEB 项目试图通过将等离子体约束时间（τE）提高 100 倍，来应对这一挑战。这可能成为实现商业上可行的核聚变能源的突破口。
Novatron Fusion 的技术方案颇具特色，他们采用的是一种现代化的磁镜机器设计。公司联合创始人埃里克·奥登（Erik Oden）介绍说，这种设计始于 1955 年的美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室。
其基本原理是通过特殊排列的大型磁铁，让带电粒子在强磁场区域之间来回反射。
这种方法的优势在于成本较低、燃料补充方便，而且不需要特殊设备来处理中子通量产生的过度热量。
Novatron Fusion 的 CTO 扬·亚德伯格（Jan Jäderberg）提出了一个创新性的解决方案，尝试将三种物理约束技术巧妙地结合在一起，包括磁约束（Magnetic Confinement）、双极性塞式约束（Ambipolar Plugging）和庞德罗动力约束（Ponderomotive Confinement）。
这种独特的组合被称为轴对称串联磁镜（ATM，Axisymmetric Tandem Mirror），它既保持了经典磁镜的良好约束特性，又能克服了其不稳定的问题。
在谈到技术细节时，奥登解释说：“我们创造的磁场从内部看是凸的，从外部看是凹的。这不仅能实现很好的约束效果，而且具有内在的稳定性。”
更重要的是，由于所有磁铁都是圆形的，这种设计在生产和机械稳定性方面都具有明显的优势。
目前，Novatron Fusion 正在瑞典皇家理工学院，调试其首个实验性反应堆 Novatron 1。
该公司的发展路线图显示，他们计划在 2027 年前建造第二个实验性反应堆 Novatron 2，预计将实现首个完整的轴对称串联磁镜系统。
与其他核聚变公司相似，该公司在将能源并入电网前，将先制造一台原型机以证实其商业可行性。因此，到 2030 年代，他们将建造示范反应堆 Novatron 3。最终目标是建成商业化的聚变反应堆 Novatron 4。
在计算机模拟方面，Novatron Fusion 的计算物理学家兼软件工程师里卡德·霍尔姆伯格（Rickard Holmberg）介绍说，他们主要使用 WarpX 平台进行模拟，该平台由劳伦斯伯克利国家实验室等机构的研究团队开发维护。
经过广泛的计算机验证和压力测试模拟，Novatron Fusion 证明了其设计的稳定性，这与不稳定的经典磁镜方法形成了鲜明对比。
模拟结果显示，与传统磁镜装置相比，他们的设计可以将能量约束时间提高 100 倍。
瑞典皇家理工学院的核聚变等离子体物理学教授佩尔·布伦塞尔（Per Brunsell）对媒体表示：“探路者计划旨在孵化具有高度实际应用潜力的突破性创新。
通过该公司开创性的核聚变方案，我们正在汇集一支世界级的跨学科专家团队。这种独特的合作将使我们向商业化可行的核聚变能源迈进一大步。”
在科技公司争相增强其 AI 能力，全球能源需求不断攀升的今天，有专家预计到 2027 年新的 AI 数据中心可能会出现电力不足的情况，这将迫使科技公司投资新能源，许多公司都掀起了大规模的建设和投资热潮。
目前，谷歌、微软、亚马逊等公司都在积极布局核电等新能源业务，而随着核聚变领域不断吸引新的关注和投资，全球多条技术路线同时推进，或许不久之后我们就将看到各公司在该领域的大动作，有望引领全球能源结构的优化升级，进而迈向更清洁、更可持续的未来。
参考资料：
https://www.computerweekly.com/feature/Computer-simulations-show-Swedish-fusion-initiative-could-have-global-impact
https://www.eu-startups.com/2024/12/stockholm-based-novatron-fusion-group-secures-e3-million-for-breakthrough-in-fusion-energy-confinement-technology/
https://www.novatronfusion.com/
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