近日，來自瑞典的核聚變能源公司 Novatron Fusion Group（以下簡稱為 Novatron Fusion）宣佈獲得了 300 萬歐元的研發資金，用於啟動其重要的 TauEB 專案。
在人們不斷尋求清潔能源的過程中，核聚變技術被視為終極解決方案。成立於 2019 年的 Novatron Fusion 總部位於瑞典斯德哥爾摩，它希望用獨特的技術路線在聚變等離子體約束技術上取得新突破。
資助 TauEB 專案的 300 萬歐元來自於歐盟歐洲創新理事會計劃。
這個專案是與瑞典皇家理工學院、烏克蘭哈爾科夫物理技術研究所、英國原子能管理局等機構合作開展的，旨在顯著提升核聚變反應堆中等離子體約束效率。
說到核聚變，不妨先了解一下它的基本原理。在自然界中，雖然地球上的物質主要以固態、液態和氣態存在，但宇宙中的大多數物質卻是以等離子體狀態存在的。
太陽中的氫氣就處於等離子體狀態，在強大的壓力作用下，氫原子相互融合形成氦，並在這個過程中釋放出巨大的能量。這正是科學家們試圖在地球上覆制的過程，同時還要保證其可控性。
核聚變發電廠的成功取決於能量約束的質量，能量約束必須滿足兩個基本標準：穩定性和長時間維持等離子體且洩漏最少的能力。
TauEB 專案試圖透過將等離子體約束時間（τE）提高 100 倍，來應對這一挑戰。這可能成為實現商業上可行的核聚變能源的突破口。
Novatron Fusion 的技術方案頗具特色，他們採用的是一種現代化的磁鏡機器設計。公司聯合創始人埃裡克·奧登（Erik Oden）介紹說，這種設計始於 1955 年的美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室。
其基本原理是透過特殊排列的大型磁鐵，讓帶電粒子在強磁場區域之間來回反射。
這種方法的優勢在於成本較低、燃料補充方便，而且不需要特殊裝置來處理中子通量產生的過度熱量。
Novatron Fusion 的 CTO 揚·亞德伯格（Jan Jäderberg）提出了一個創新性的解決方案，嘗試將三種物理約束技術巧妙地結合在一起，包括磁約束（Magnetic Confinement）、雙極性塞式約束（Ambipolar Plugging）和龐德羅動力約束（Ponderomotive Confinement）。
這種獨特的組合被稱為軸對稱串聯磁鏡（ATM，Axisymmetric Tandem Mirror），它既保持了經典磁鏡的良好約束特性，又能克服了其不穩定的問題。
在談到技術細節時，奧登解釋說：“我們創造的磁場從內部看是凸的，從外部看是凹的。這不僅能實現很好的約束效果，而且具有內在的穩定性。”
更重要的是，由於所有磁鐵都是圓形的，這種設計在生產和機械穩定性方面都具有明顯的優勢。
目前，Novatron Fusion 正在瑞典皇家理工學院，除錯其首個實驗性反應堆 Novatron 1。
該公司的發展路線圖顯示，他們計劃在 2027 年前建造第二個實驗性反應堆 Novatron 2，預計將實現首個完整的軸對稱串聯磁鏡系統。
與其他核聚變公司相似，該公司在將能源併入電網前，將先製造一臺原型機以證實其商業可行性。因此，到 2030 年代，他們將建造示範反應堆 Novatron 3。最終目標是建成商業化的聚變反應堆 Novatron 4。
在計算機模擬方面，Novatron Fusion 的計算物理學家兼軟體工程師裡卡德·霍爾姆伯格（Rickard Holmberg）介紹說，他們主要使用 WarpX 平臺進行模擬，該平臺由勞倫斯伯克利國家實驗室等機構的研究團隊開發維護。
經過廣泛的計算機驗證和壓力測試模擬，Novatron Fusion 證明了其設計的穩定性，這與不穩定的經典磁鏡方法形成了鮮明對比。
模擬結果顯示，與傳統磁鏡裝置相比，他們的設計可以將能量約束時間提高 100 倍。
瑞典皇家理工學院的核聚變等離子體物理學教授佩爾·布倫塞爾（Per Brunsell）對媒體表示：“探路者計劃旨在孵化具有高度實際應用潛力的突破性創新。
透過該公司開創性的核聚變方案，我們正在彙集一支世界級的跨學科專家團隊。這種獨特的合作將使我們向商業化可行的核聚變能源邁進一大步。”
在科技公司爭相增強其 AI 能力，全球能源需求不斷攀升的今天，有專家預計到 2027 年新的 AI 資料中心可能會出現電力不足的情況，這將迫使科技公司投資新能源，許多公司都掀起了大規模的建設和投資熱潮。
目前，谷歌、微軟、亞馬遜等公司都在積極佈局核電等新能源業務，而隨著核聚變領域不斷吸引新的關注和投資，全球多條技術路線同時推進，或許不久之後我們就將看到各公司在該領域的大動作，有望引領全球能源結構的最佳化升級，進而邁向更清潔、更可持續的未來。
參考資料：
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/
運營/排版：何晨龍
