圖片來源：STEP

近年來，核聚變經歷了某種程度的復興，許多初創企業和政府都在認真研究這一想法。英國科學家現在展示了一種新型反應堆設計，該設計有望在 2040 年為電網提供電力。

盡管人們認為核聚變技術還需要 20 年才能實現，但近年來，隨著人們越來越樂觀地認為核聚變技術可能最終會實現，核聚變投資熱潮已經出現。據核聚變工業協會稱，去年新增 9 億美元融資，總融資額達到 71 億美元。

這種樂觀情緒似乎并未因國際熱核聚變實驗堆(ITER)的重大推遲而受到打擊。國際熱核聚變實驗堆是一項國際合作，長期以來一直被視為核聚變的旗艦項目。基于從國際熱核聚變實驗堆和其他公共資助實驗中獲取的知識，許多初創公司現在押注他們能夠以極少的時間和成本交付小型核聚變反應堆。

但推動該技術商業化的不僅僅是私營部門。2019 年，英國政府提供了 3 億英鎊的資金，用于設計一種新型 200 兆瓦反應堆，即球形托卡馬克能源生產系統 (STEP)。在最近發表在《皇家學會哲學學報 A》上的一系列論文中，其設計者現在展示了他們的想法。

最常見的核聚變反應堆設計是托卡馬克，它加熱一團電離氣體，即等離子體，直到原子融合在一起，并在這一過程中產生巨大的能量。等離子體被包裹在環形反應堆容器周圍的磁鐵線圈產生的極強磁場所控制。

據《科學》雜志報道，STEP 遵循類似的原理，但又高又窄，更像一個去核的蘋果。雖然這看起來可能沒有太大的區別，但這意味著反應堆容器中心與環繞它的磁鐵之間的距離比傳統的托卡馬克要小。

據《金融時報》報道，距離的縮短使得使用更小、更便宜的磁鐵來容納等離子體成為可能，并使整個設計更加緊湊。球形托卡馬克的形狀也會產生更穩定的等離子體，這應該會提高性能。然而，這種設計確實有其弊端。

聚變反應堆通常使用兩種氫同位素燃料，即氘和氚。然而氚極其稀有，因此反應堆通過金屬鋰與聚變反應釋放的中子之間的反應來產生自己的氚。這種鋰儲存在包裹在反應室周圍的氚增殖毯中，這些增殖毯也可作為輻射屏蔽來保護磁鐵。

托卡馬克中心的孔洞通常裝有大型磁鐵和增殖毯。但由于球形托卡馬克設計較窄，因此空間要小得多，因此 STEP 反應堆必須取消增殖毯并大幅縮小磁鐵尺寸，甚至取消部分磁鐵。

幸運的是，許多私營初創公司也在使用新型高溫超導帶，它可以幫助制造更緊湊的磁鐵。但反應堆必須僅使用腔室外壁上的覆蓋層來產生足夠的氚，這意味著該團隊必須使用液態鋰和釩合金來設計出優化的設計。

反應堆設計者還選擇了一種雄心勃勃的結構，磁體中有接頭，這樣就可以打開反應堆的頂部。這將大大加快維護工作，從而降低運營成本。

然而，項目負責人保羅·梅思文告訴《科學》雜志，最近公布的設計還遠未塵埃落定。盡管該項目已經找到了一個地點——諾丁漢郡的一個退役燃煤發電站——但該項目目前正在與英國政府進行談判，以確保獲得四年的資金來制定最終藍圖。

因此，該反應堆是否能投入使用仍有待觀察。但看到政府投入大量資金推動該技術的發展，令人鼓舞。