机械压缩聚变突破1keV

加拿大General Fusion利用其大型Lawson Machine 26（LM26）示范反应堆将等离子体加热至1.1千电子伏（keV，相当于1260万摄氏度），实现了一个具有里程碑意义的目标。电子加热结果采用被视为金标准的汤姆孙散射诊断系统记录，并与UK Atomic Energy Authority（UKAEA）共同发布。相关指标还通过绝对极紫外（AXUV）诊断进行了交叉验证。该诊断跟踪记录到1.2 keV（1370万摄氏度）的峰值，同时离子加热水平也显著提高。

这一成果是全球首次利用低速机械压缩实现1 keV聚变里程碑。General Fusion采用磁化靶聚变（MTF）系统。该系统在数毫秒内利用固态金属壁对磁约束等离子体进行机械压缩，从而大幅降低复杂程度、电力需求约束和总体生产成本。

MTF技术基于封闭式液态金属涡旋概念。等离子体被注入涡旋中心，随后大量活塞锤击封闭结构外部，压缩等离子体并触发聚变反应，产生的热量由液态金属吸收。MTF旨在以切实可行且经济的方式实现聚变，避免使用超导磁体和高功率激光器，同时能够使用现有材料制造耐用设备。

General Fusion于7月公开上市，为公司带来了约1.5亿美元现金。预计这笔资金将为Lawson计划提供支持，直至完成计划于2028年实现的若干关键技术里程碑，目标是以具有商业相关性的方式示范MTF技术并降低其风险。交易所得款项将为LM26设施提供全部资金，该设施目前正在公司位于温哥华（Vancouver）附近的总部运行。

过去20年间，General Fusion建造并运行了数十个实验台、原型机和示范装置，完成了超过20万次等离子体实验，最终发展出LM26。公司已经开始对LM26平台的升级开展工程设计。

公司的路线图旨在下一步突破10 keV（1亿摄氏度），最终目标是通过其试验计划证明实现完全科学盈亏平衡，即达到劳森判据。劳森判据由英国物理学家John D Lawson于1955年提出，是用于确定核聚变反应堆何时能够产生比加热和约束等离子体所消耗能量更多的能量，即实现净能量产出的基础数学规则。该路线图计划到2028年全面消除物理层面的风险，为公司在2035年前后通过同类首创商业电站向商业电网供电做好准备。

目前仅有少数聚变公司采用其他技术路径实现了1 keV这一关键里程碑。Tokamak Energy于2023年利用紧凑型球形托卡马克实现了超过1 keV的温度。这种方法依赖尖端高温超导（HTS）磁体产生的强磁约束。

同样在2023年，Helion Energy利用其基于脉冲磁惯性方法（场反位形）的第七台原型机Trenta实现了1 keV。该方法将两团等离子体以高超声速相向发射，使其在中央腔室中碰撞，随后利用高速磁场进行压缩。

Zap Energy于2024年利用剪切流Z箍缩技术实现了1至3 keV。该技术不使用磁体，而是让巨大电流直接通过等离子体柱，利用等离子体自身的磁场对其进行箍缩和压缩，即Z箍缩效应。

这些方法依赖巨大的磁场或持续时间极短的微秒级电脉冲，而General Fusion采用低速物理压缩实现了1.1 keV，其压缩过程为毫秒量级，相比之下，其他类型的等离子体压缩技术为微秒或纳秒量级。这种压缩利用金属壁实现，而非高功率激光器或其他在极端物理条件下运行的方法。这有利于聚变能的商业化，并最终改善其经济性，因为它所需电力更少、复杂程度更低、成本也更低。

在General Fusion的商业设计中，液态金属壁能够保护设备免受中子影响、增殖燃料，并高效获取热量以产生蒸汽和驱动汽轮机，这些都是重要的商业化优势。

在加拿大政府Strategic Response Fund及其他计划的支持下，General Fusion已在加拿大投入20多年开发其聚变技术。General Fusion还与UKAEA合作开发了取得此次成果所使用的诊断系统。General Atomics Energy Group正在为公司实现下一项里程碑所需的诊断系统提供咨询。

General Fusion首席执行官Greg Twinney表示：“LM26实现超过1 keV的温度，同时确认了离子加热，并获得AXUV数据的佐证，这是General Fusion迈出的重要一步，也是对我们历经20多年开发的技术路径的一次具有重要意义的验证。这表明我们正在按照为LM26制定的技术路线图推进，也让我们更有信心朝着下一个10 keV目标、劳森判据以及商业规模下切实可行且经济的聚变能迈进。”