德国Proxima Fusion公司推出全球首个“连贯”概念的核聚变电厂

2025年2月26日，德国初创公司Proxima Fusion（比邻星聚变）宣布推出名为Stellaris的创新聚变能反应堆设计，该设计被认为是实现商业化聚变能的最快途径。Stellaris采用先进的技术路线，结合了高温超导（HTS）磁体和仿星器技术，Proxima Fusion的团队由来自MIT、谷歌、SpaceX以及迈凯伦等公司的工程师组成，致力于推动聚变能走向现实，公司计划在6年内实现第一个示范装置Alpha的稳定运行，为未来1GW聚变电厂奠定基础。

一、Stellaris：革命性聚变反应堆设计

Stellaris是一种高温超导（HTS）磁体的准等动力（QI）仿星器，采用复杂的三维磁场来限制热等离子体，从而为核聚变反应创造理想条件。与传统的托卡马克设计不同，Stellaris采用仿星器技术，通过外部磁体实现稳定的等离子体约束，运行功率更低，具有更好的连续稳定性，这使得它在聚变反应持续运行方面表现出独特的优势。Proxima Fusion的联合创始人兼首席执行官 Francesco Sciortino表示：“Stellaris的设计不仅突破了传统聚变反应堆的技术限制，其连续稳定的运行方式为聚变能的大规模应用奠定了基础。与现有的聚变发电厂设计不同，Stellaris能够可靠且持续地运行，从而克服了托卡马克和其他聚变反应堆设计中的不稳定性。”

二、AI驱动的聚变反应堆设计

仿星器技术的最大难点在于其复杂性。仿星器的设计和制造通常非常困难，这也是为什么在20世纪60年代，大多数聚变研究都聚焦于托卡马克。

然而，计算能力的进步正在缩小这两者之间的差距。Stellaris的设计不仅依靠物理学的突破，还通过人工智能（AI）技术来优化反应堆的设计过程。Proxima Fusion采用先进的AI超级计算机进行快速的设计迭代，通过考虑成本、材料可用性和效率等多个参数，开发出简洁、快速且低成本的聚变反应堆。这种创新设计使得Proxima Fusion能够跳过传统原型测试阶段，直接进入功能齐全的示范装置建设，从而大大缩短了技术验证和商用化的时间。

Proxima的仿真驱动工程方法利用先进的计算技术实现快速设计迭代。Stellaris是第一个基于QI仿星器的发电厂设计，它在物理与工程约束的平衡方面取得了巨大成功，这些都通过电磁、结构、热和中子模拟得到了验证。通过将这些物理与工程约束整合到一个优化框架内，Proxima现在能够依托Alpha示范装置实现大胆的突破，而不是像传统的聚变反应堆设计那样，通过几十年的反复原型测试来逐步改进。

三、技术突破与创新

1、高温超导磁体的集成创新

与之前的仿星器概念相比，Stellaris采用了更强大的高温超导（HTS）磁体，这些磁体能够产生更强的磁场，显著缩小反应堆体积，同时提升能源转换效率。得益于这些磁体，Stellaris不仅能更快速地建造，还能提供更高效的能源输出。

2、磁场与结构优化

通过多物理场耦合计算（涵盖磁流体力学、热力学及中子输运等领域），Proxima Fusion成功建立了满足QI约束的场强分布模型，确保等离子体稳定性和能量增益比（Q值）达到商用标准。此外，Proxima Fusion还采用了先进的拓扑优化算法，提高了结构强度，解决了传统聚变反应堆设计中应力集中和热负荷管理的问题。

3、高温超导线圈冷却系统

针对Stellaris的强磁场环境，Proxima Fusion开发了新型的HTS线圈冷却系统，能够在强磁场环境下高效管理超导材料的温升，确保系统稳定运行。

4、模块化中子屏蔽层设计

针对Stellaris复杂的几何特征，Proxima Fusion设计了模块化中子屏蔽层方案，不仅确保了辐射防护，还提高了材料的利用率。

四、商业化目标：从示范装置到商业化电站

Proxima Fusion的目标是在2031年实现Alpha示范装置的净聚变能输出，并在21世纪30年代实现商业化聚变电站并网发电。根据计划，2027年将完成高温超导模型线圈（SMC）的技术验证，突破HTS在强磁场环境下的应用瓶颈。随着Alpha装置的进展，Stellaris有望成为世界上第一个具备连续运行能力的聚变堆系统，为未来的商业化聚变电站奠定坚实基础。

五、与其他聚变技术的对比：Stellaris与ARC

Stellaris与其他聚变公司，如美国的Commonwealth Fusion Systems（CFS）所推出的ARC反应堆相比，具有显著的技术差异：

1、技术路线：Stellaris采用准等动力（QI）仿星器技术，通过外部线圈系统实现三维磁场约束，而ARC依赖托卡马克技术，结合中央螺线管线圈与等离子体电流共同产生磁场，运行方式为脉冲式。

2、设计集成化与商业化目标：Stellaris是首个经过同行评审的集成化商业聚变电站设计，计划在2031年展示净聚变能输出，并在21世纪30年代实现并网发电。ARC则更侧重于验证托卡马克技术的能量增益，尚未明确提及“集成化商业设计”。

3、技术参数与工程路径：Stellaris通过HTS磁体实现10特斯拉级强磁场，体积更小，支持模块化快速建造；而ARC采用20特斯拉级HTS磁体，体积较大，需要解决托卡马克技术的磁重联与热负荷管理问题。

4、国际合作与团队背景

Stellaris由马普等离子体物理研究所孵化，团队包括MIT、谷歌、特斯拉、迈凯伦、SpaceX等公司成员，强调公私合作与欧洲能源战略协同；而ARC则由麻省理工学院衍生，获比尔•盖茨、谷歌等投资，聚焦美国本土供应链与商业化路径。

六、未来展望：推动清洁能源的革命

Proxima Fusion的Stellaris反应堆设计不仅代表了聚变能技术的重要突破，还展示了如何通过国际合作和创新加速清洁能源的商业化进程。随着示范装置Alpha的推进，Stellaris有望成为推动全球能源转型的关键技术之一。通过聚变能的实现，Stellaris将为全球提供一种清洁、可持续的能源解决方案，推动核聚变能源时代的到来。

参考资料：

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