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成都赚配网，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成都赚配网，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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