“无核”的新西兰正在全力推进核聚变

1984年，新西兰宣布自己成为无核化的第一个国家。一直以来，通过开发清洁、可持续的能源解决方案以满足其不断增长的能源需求。如今随着水力、风能和地热能源的开发逐渐接近其潜在极限，核聚变技术——这一被誉为能源“圣杯”的科技——或许将为新西兰开启一个全新的篇章。

OpenStar Technologies正是在这样的背景下于2021年成立，立志在新西兰建立首个核聚变反应堆，并目标在2029年实现发电并网。OpenStar 创始人兼CEO Ratu Mataira是应用超导学博士，专攻无绝缘高温超导线圈和超导电源技术。博士毕业时，他已成为罗宾逊研究所（此类技术的世界领先者）毕业最优秀的学生。

2004 年，麻省理工学院的一个团队在悬浮偶极子实验（Levitated Dipole Experiment, LDX）周围激发了等离子体。OpenStar 的成立正是利用了自 LDX 以来 20 年来开发的新技术建造悬浮偶极反应堆。

根据OpenStar的官方网站信息，该公司在2023年底成功激活了其首个采用高温超导材料构建的马斯登级设备周围的等离子体。并计划到2026年解决使用高温超导材料构造偶极子的技术挑战，同时推出第二代设备——卢瑟福级，此设备将进行聚变反应实验，以探索物理学的未知领域。公司预计在2029年将启动首台商业运行的正电源设备——长谷川级，开始为电网供电。

LDX技术的优势在于其创新性的偶极等离子体设计，这种设计利用了一种名为湍流收缩的现象，即它能够推动能量向峰值聚集而非分散，这意味着物理过程更易于扩展，出现问题的几率更低，控制更为简便。具体来说，偶极等离子体的稳定性源于最基本的物理原理之一——熵。随着等离子体中能量的增加，熵也相应增加，与可能导致不稳定的其他聚变概念不同，偶极子中的湍流收缩现象确保了等离子体在加热至聚变温度时的稳定性。

这种湍流收缩过程简洁，它允许等离子体轻易地被超导磁体所控制和限制，大大降低了对复杂系统的依赖。令人惊讶的是，通过湍流收缩产生的等离子体压力远远超过了用来限制它们的磁力压力，这一特性简化了达到聚变所需压力的过程，允许使用更小的磁体。这不仅减少了需要的超导线材，从而降低了磁体的成本，还意味着可以以更低的成本建造更多的反应堆，加速电网脱碳和应对气候变化的过程。

在聚变反应堆的运作中，与传统燃烧过程面临的基本问题一样，性能的表现主要取决于三个因素：能否在废气阻碍反应前将其排除、是否可以获得正确的燃料混合、以及燃料是否能够被加热并保持热量。独特的是，偶极磁约束方法能够在保持热量的同时减少废气，这是实现先进聚变燃料使用的关键。

从工程的角度看，LDX的另一个优势在于其模块化反应堆设计。通过将磁铁、反应器容器和加热系统分开，相比于其他聚变设计，提供了巨大的工程优势。这种解耦不仅加快磁体设计的迭代，还缩短了产品上市的时间，为并行开发铺平了道路，允许团队同时设计和测试不同部分，混合和匹配技术。此外，简化了组装和维护过程，如果磁体的任何部分出现故障，可以快速轻松地替换，最大限度地减少了停机时间和相关成本。

偶极反应堆靠其强大的性能扩展定律，使得反应堆可以设计得更大、更强大，同时还能保持使用成本低廉的超导线。这一切都意味着，构建的反应堆不仅成本更低，还能像建设城市基础设施一样规模化，为实现更经济、更高效的聚变能源提供了一条明晰的路径。