全球领先的私营聚变公司之一 ——美国联邦聚变系统公司（CFS）近日发表了一系列论文。据《自然》报道，该公司称，这些论文“证实”了其ARC发电厂若按计划建成，将实现净发电，即产出电量超过消耗电量。但一些研究人员认为，仍需要实际运行的聚变反应堆数据来验证这些预测，且仍有重大的工程问题亟待解决。

托卡马克核聚变反应堆腔室示意图。图片来源：Ruslanas Baranauskas/SPL

2022年，美国国家点火装置的物理学家首次实现了聚变反应，该反应在短时间内产生的能量超过了消耗的能量。但迄今还没有任何团队制造出能够持续产出能量或产出足够能量盈余的反应堆，也没有证明反应堆能够以经济可行的方式运行。

这些近日发表于《等离子体物理学杂志》的论文由CFS及其学术合作机构的58位研究人员共同撰写。论文详细阐述了ARC发电厂的设计及其背后的物理原理，包括对等离子体（发生聚变反应的超高温物质）预期行为的建模。不过，研究人员强调，在最终确定设计方案之前，必须排除一些不确定性因素。

CFS的首席科学官Brandon Sorbom说，这些论文“证实了当我们建造ARC聚变发电厂时，它将能够正常运行”。

CFS成立于2018年，自成立以来该公司已筹集近30亿美元资金，并准备于明年启动其原型机——名为SPARC的示范装置。SPARC的运行结果将用于优化ARC发电厂的大部分设计，后者有望在本世纪30年代初期投入运营。

该公司表示，SPARC将实现净能量输出，即产生的能量超过其约束和加热等离子体所需的能量，但不一定超过整个电站的运行能耗量。该公司称，其后续装置ARC产生的能量不仅足以维持电厂运行，还能持续向电网输送400兆瓦的净电能，这足以满足约28万户美国普通家庭的用电需求。

这两台装置都将使用高温超导磁体来压缩等离子体。当被压缩成甜甜圈形状（“托卡马克”）并加热至太阳中心温度的约7倍时，重氢燃料的原子核就会发生聚变，生成氦并释放能量，其中大部分以高速中子的形式释放。

美国康奈尔大学的核工程师David Hammer表示，CFS发布如此多的研究成果固然是件好事，但这些论文并不能保证装置一定能正常运行。例如，这些论文详细阐述了当等离子体变得不稳定时如何缓解干扰。但他指出，等离子体在实际运行条件下的表现尚不确定。这些模型“必须通过按设计运行的聚变反应堆来验证其正确性”。如果CFS能在明年成功运行SPARC，“将是一个重要的进步”。

他表示，目前仍有太多“主要子系统”需要开发，因此尚不能断言ARC的设计已成定局。该公司还需证明其设施具备商业可行性，这包括提取热能发电、制造出足以承受运行考验的坚固反应堆，以及获取足够的氚——这是反应堆运行必需的一种稀缺同位素燃料。

与许多其他公司一样，CFS计划利用聚变过程释放的中子与反应堆壁中的锂发生反应以生成氚，但论文并未详细说明这一过程，也未证明其可行性。