作者：Mary B. Powers，Debra K. Rubin，Peter Reina，David Godkin

（上接第4147期第8版）

知识产权

开发者和技术公司高管在接受《ENR》采访时表示，政府获取初创公司的专利、商业秘密和其他知识产权等问题，一直是美国能源部与开发者进行融资交易谈判时有争议的部分。他们认为，在某些情况下，政府对这类信息的要求过于苛刻，因为这是公司市场估值和投资者支持的核心。

一份美国国会研究报告称，政府支持的一家电池技术公司在2021年宣告破产，并被一家中国公司收购。一位企业高管告诉《ENR》，融资计划合同的条款没有披露，但开发者仍然感到不安。法律还要求禁止非美国投资者参与投资公司。

专利问题变得更加突出，随着越来越多的大型数据中心和人工智能的使用增加了能源需求，越来越多的私人投资者，特别是大型科技公司，支持核聚变初创公司获得定向电源。

即使是现在，聚变能源供应与微软、谷歌和ChatGPT母公司OpenAI等主要公司的交易也促使开发者加快了建厂的时间表。威斯康星大学麦迪逊分校核工程系主任保罗·威尔逊说，他对这些公司能否在这样的期限内完成没有信心，但他预计本世纪30年代会有突破，本世纪40年代会完全商业化。他说，科学障碍依然存在，但“工程上的挑战是关键因素”。

电气与电子工程师协会的一份报告称:“建造复杂的系统来收集能量并将其转化为电力，而又不会被辐射破坏，这一工程挑战带来了一系列工程和材料学方面的巨大障碍。”

取得进展

朗维尤核聚变系统公司是在2022年美国能源部激光测试后几天由两位点火设施建设和运营资深人士创立的，他们是物理学家和核聚变研究的带头人——爱德华·摩西和瓦莱丽·罗伯茨。爱德华·摩西是朗维尤公司首席执行官；瓦莱丽·罗伯茨是朗维尤公司首席运营官。

罗伯茨说，激光于20世纪60年代发明，但直到20世纪70年代才解密，人们对于惯性约束聚变仍然不甚了解。

为了在更有效的规模上复制激光，朗维尤在4月份聘请了福陆公司的人员设计并建造了一个商业用途电厂，并将能量增益测试作为核聚变物理演示。“它将变成一个可以运营的电厂，”摩西运用了福陆EPC和电厂集成的专业知识。“朗维尤的工厂将使用当今最高效、最强大的激光，通过人工智能增加产量并优化。”罗伯茨说。

“我们最初的工厂设计是高度模块化的，并基于当前可用的材料。我们所做的一切都是即插即用的，包括可安装在卡车上的激光器。”

该公司的电厂都将满负荷输送1吉瓦至1.6吉瓦的电量。摩西说，福陆将在2027年底完成第一座440兆瓦电厂的设计，该电厂将在五年后运行。福陆公司副总裁兼朗维尤项目总监弗雷德·休斯表示:“重点是激光器，它本质上是模块化的，因此组件可以被调换出来，但还存在一些技术障碍。”

休斯补充说，设计考虑了包裹放射性氚的技术保护措施。

关于核聚变工厂的电网连接，实际上并没有真正的障碍。休斯指出，“聚变过程的输出是蒸汽或热量，与燃气或燃煤厂一样，尽管核聚变发动机保护层到冷却系统的热量转换可能与传统电厂不同。”

罗伯茨说， 朗维尤已经花了两年时间为工厂选址，目前有几个州都有兴趣，但选址时间表还没有确定。她补充说，朗维尤可以让一家燃煤发电厂重新供电，以恢复就业和利用现有的基础设施。“像这样的新技术可以做很多前瞻性的事情，所以我们在未来五年有一个非常稳健的计划。”

“这可能是我35年职业生涯中遇到的最难的事情，”罗伯茨说。“但我正在做一些与众不同的策略，这将为未来留下令人惊叹的参考案例。”

联邦聚变系统公司于2018年从麻省理工学院等离子体科学与聚变中心独立出来，得到了超过20亿美元的私人投资。该公司正在马萨诸塞州的一个原军事基地建设聚变综合体（估值5亿美元），其中包括一个环状的托卡马克，将氢原子加热到约1.8亿华氏度（近1亿摄氏度）。产生的等离子体受到强大磁场的挤压，发生原子聚变并释放能量。

该公司表示，目前正在建设中的SPARC将展示新的磁体技术，容纳更高的磁场，可以在更小的机器中产生更大的功率——比国际热核聚变实验反应堆小约40倍。SPARC将展示其完全集成的电厂，据称该电厂将在本世纪30年代初向电网输送电力，但其地点尚未确定。

联邦聚变系统公司注意到“托卡马克在材料和热量排放的挑战”正在被攻克。一个难点是它使用的全球供应的4毫米宽的高温超导带是由钢基体的钇钡铜氧制成，据说需要1万公里来建立更小的磁体设计。预计当SPARC做好准备时，将有足够的供应量。但其他行业专家认为，商业发电需要大幅提高全球产量。

聚变综合体还包括一个先进的磁体生产设施和公司总部，项目即将完工。所有主要的工业设备都在现场或已订购。联邦核聚变公司表示，计划将于2025年底完成SPARC的调试，并于2026年生产“第一个等离子体”。

HDR工程公司和邦德建筑公司是该项目建造阶段主要设计公司和承包商，桑顿·托马塞蒂公司和VHB公司分别负责结构和土木工程。该小组提议在几个区域安全地缩小该设施的巨大混凝土墙和屋顶。HDR的总裁肯·丝丽说，节省如此大量的混凝土，使得施工进度缩短了8个月。

联邦核聚变公司在6月初宣布，它在美国能源部里程碑计划下获得了1500万美元的资金。在预计60名私人投资者中，有意大利能源巨头ENI和比尔·盖茨支持的能源风险投资公司。《麻省理工技术评论》称，SPARC可以生产高达100兆瓦的聚变能，但其开发“将贯穿迄今为止筹集的大部分联邦资金”。

小巧高效

总部位于华盛顿州的Helion能源公司正在测试直接从聚变反应中提取电力的技术——这种方法的最终成本为每千瓦时1美元，该公司首席执行官大卫·科特利在播客上透露。Helion将磁-惯性约束与脉冲非点火聚变系统相结合的技术有助于克服物理挑战，建立一个节能系统。功率输出是通过改变脉冲频率来调整的。

使用氘和氦-3作为燃料让带电粒子被重新捕获为电。Helion公司表示，“这有助于系统保持小巧高效，以更快的速度和更低的成本建造。”该公司目前正与普林斯顿大学的等离子体物理实验室合作。Helion还与微软签署了一项开创先例的协议，为其在华盛顿州雷蒙德市的园区和数据中心供电。预计到2028年将建成一个50兆瓦的电厂，并在一年产能提升后发电。

据媒体报道，微软和OpenAI还寻求建立一个5吉瓦的人工智能数据中心，计划将于2028年开放。此外，纽柯钢铁公司和Helion公司表示，他们将在2030年前在美国开发一个500兆瓦的聚变工厂，为冶炼厂供电，并绕过国家电网。这些公司现在正在研究如何根据需要调高或调低电力。“我们相信Helion正在开发的技术，”纽柯钢铁公司总裁兼首席执行官莱昂·托帕利安说。纽柯钢铁公司投资了3500万美元开发该电厂。

Helion于今年初开始开发第七个原型核聚变发电厂——“北极星”。科特利表示，它将拥有更强的磁体，脉冲速度将比之前的快100倍。Helion说，“如果成功，‘北极星’将是第一台展示电力生产的聚变机器。”据悉，它将按计划于年底全面运行。

黄金时代

获得美国能源部资金的两家公司正在使用仿星器技术，作为达到净正能量的替代托卡马克的产物。它由普林斯顿大学实验室于1950年代开发，它利用扭曲的磁场将等离子体限制在圆环内替代等离子体中的托卡马克电流。据称，直到2018年超级计算机改进了这种方法，这种方法才被用来与托卡马克相提并论。

这两家公司之一的第一代能源集团的高级副总裁马特·迈尔斯说:“我们认为，这项技术已经准备好迎接它的黄金时代了。”该公司的首席技术官托马斯·彼得森说，“磁场的形状和强度至关重要。它看起来像一个波纹甜甜圈。”他指出，开发者必须完善波纹，以产生一个强大的磁场来容纳等离子体。“我们在持续生产等离子体。这是每秒10次微小的爆炸，像火一样燃烧。”彼得森说。

美国能源部表示，连续燃烧是托卡马克的一个优势，允许更多的设计灵活性和简化等离子体控制。但是其好处是以增加复杂性为代价的，特别是对磁场线圈来说。

第一代能源集团是追求小规模的原型厂和全尺寸项目的设计。它与田纳西河流域管理局(TVA)达成协议，在田纳西州废弃的布尔朗燃煤电厂建造原型厂。这座889兆瓦工厂于1967年启用，去年关闭，在新的任务开始之前，需要经过美国联邦环境机构审查。第一代能源表示，原型厂设计和建造将耗资3亿美元。2025年开始建设，2028年投入运营。

田纳西河流域管理局负责创新和研究的副总裁乔·霍格兰德指出了核聚变的巨大好处。他说，“这是无碳的，可以提供低成本的能源和简化的维护。”布尔朗工厂位于水边，有大型起重机和电网接入。田纳西河流域管理局正在提供支持，保留工厂涡轮机房的一部分，其余部分被拆除。

霍格兰德称赞第一代能源在核聚变上的工作。他说，田纳西河流域管理局可以帮助他们创造“一种新型的发电厂”。

TAE技术公司获得了13亿美元的私人投资，该公司在6月份宣布与石油巨头西方石油公司的低碳部门达成协议，探索利用聚变技术为该能源公司正在开发的从大气中直接捕获二氧化碳(DAC)过程提供“零排放电力和热量”。

电力研究所聚变能源研究分析师戴安娜·格兰达斯表示，该非营利组织和其他组织旨在支持更长期的工程需求，特别是在供应链方面。她指出，私人资助的初创公司能够承担更多风险，更快地迭代设计。

全球核聚变生态系统

与此同时，国际热核聚变实验堆的工作仍在继续，尽管媒体报道称其最初定于明年开始的首次等离子体生产现已推迟五年。但为托卡马克主体建筑和大厅提供概念设计和详细设计以及工程服务的阿特金斯在5月根据一项为期五年、价值5000万美元的能源合同开始工作，以支持那里和普林斯顿实验室的后续工程。该公司能源技术投资组合总监杰森·德赖斯巴赫表示，结构诊断对于“确认国际热核聚变实验堆的设计和建造中的所有建模和工程”至关重要。

橡树岭科学与教育研究所的一项研究显示，自20世纪70年代和80年代的建设热潮以来，美国核工程专业知识的落后仍然是一个挑战，过去两年授予的本科学位跌幅是最近十年来最大的，即使博士学位有所上升。能源劳动力发展中心在2021年预测，到2026年需要15000名核工程员工。

威斯康星大学麦迪逊分校的学者威尔逊说:“我们正在培训工程师参与聚变能源产业。”他还指出，其他大学也在开发类似的核聚变课程，他所在学校的工程项目将增加一个本科生项目和一个硕士项目。随着对核聚变以及其他核领域的关注，威尔逊说：“如果两者都如其支持者所希望的那样成功，我们肯定需要培训更多的核工程师。”

核聚变开发者和支持者都承认，技术层面的全球竞赛日益激烈，但随着媒体预测的全球“核聚变生态系统”总价值达到40万亿美元，他们展望行业未来前景是光明的。

朗维尤能源公司首席执行官摩西说:“我们想成为第一，但我们不希望只有一种技术可行。整个市场是无限的。”