2025年2月26日，德國初創公司Proxima Fusion（比鄰星聚變）宣布推出名為Stellaris的創新聚變能反應堆設計，該設計被認為是實現商業化聚變能的最快途徑。Stellaris采用先進的技術路線，結合了高溫超導（HTS）磁體和仿星器技術，Proxima Fusion的團隊由來自MIT、谷歌、SpaceX以及邁凱倫等公司的工程師組成，致力于推動聚變能走向現實，公司計劃在6年內實現第一個示范裝置Alpha的穩定運行，為未來1GW聚變電廠奠定基礎。

一、Stellaris：革命性聚變反應堆設計

Stellaris是一種高溫超導（HTS）磁體的準等動力（QI）仿星器，采用復雜的三維磁場來限制熱等離子體，從而為核聚變反應創造理想條件。與傳統的托卡馬克設計不同，Stellaris采用仿星器技術，通過外部磁體實現穩定的等離子體約束，運行功率更低，具有更好的連續穩定性，這使得它在聚變反應持續運行方面表現出獨特的優勢。Proxima Fusion的聯合創始人兼首席執行官 Francesco Sciortino表示：“Stellaris的設計不僅突破了傳統聚變反應堆的技術限制，其連續穩定的運行方式為聚變能的大規模應用奠定了基礎。與現有的聚變發電廠設計不同，Stellaris能夠可靠且持續地運行，從而克服了托卡馬克和其他聚變反應堆設計中的不穩定性。”

二、AI驅動的聚變反應堆設計

仿星器技術的最大難點在于其復雜性。仿星器的設計和制造通常非常困難，這也是為什么在20世紀60年代，大多數聚變研究都聚焦于托卡馬克。

然而，計算能力的進步正在縮小這兩者之間的差距。Stellaris的設計不僅依靠物理學的突破，還通過人工智能（AI）技術來優化反應堆的設計過程。Proxima Fusion采用先進的AI超級計算機進行快速的設計迭代，通過考慮成本、材料可用性和效率等多個參數，開發出簡潔、快速且低成本的聚變反應堆。這種創新設計使得Proxima Fusion能夠跳過傳統原型測試階段，直接進入功能齊全的示范裝置建設，從而大大縮短了技術驗證和商用化的時間。

Proxima的仿真驅動工程方法利用先進的計算技術實現快速設計迭代。Stellaris是第一個基于QI仿星器的發電廠設計，它在物理與工程約束的平衡方面取得了巨大成功，這些都通過電磁、結構、熱和中子模擬得到了驗證。通過將這些物理與工程約束整合到一個優化框架內，Proxima現在能夠依托Alpha示范裝置實現大膽的突破，而不是像傳統的聚變反應堆設計那樣，通過幾十年的反復原型測試來逐步改進。

三、技術突破與創新

1、高溫超導磁體的集成創新

與之前的仿星器概念相比，Stellaris采用了更強大的高溫超導（HTS）磁體，這些磁體能夠產生更強的磁場，顯著縮小反應堆體積，同時提升能源轉換效率。得益于這些磁體，Stellaris不僅能更快速地建造，還能提供更高效的能源輸出。

2、磁場與結構優化

通過多物理場耦合計算（涵蓋磁流體力學、熱力學及中子輸運等領域），Proxima Fusion成功建立了滿足QI約束的場強分布模型，確保等離子體穩定性和能量增益比（Q值）達到商用標準。此外，Proxima Fusion還采用了先進的拓撲優化算法，提高了結構強度，解決了傳統聚變反應堆設計中應力集中和熱負荷管理的問題。

3、高溫超導線圈冷卻系統

針對Stellaris的強磁場環境，Proxima Fusion開發了新型的HTS線圈冷卻系統，能夠在強磁場環境下高效管理超導材料的溫升，確保系統穩定運行。

4、模塊化中子屏蔽層設計

針對Stellaris復雜的幾何特征，Proxima Fusion設計了模塊化中子屏蔽層方案，不僅確保了輻射防護，還提高了材料的利用率。

四、商業化目標：從示范裝置到商業化電站

Proxima Fusion的目標是在2031年實現Alpha示范裝置的凈聚變能輸出，并在21世紀30年代實現商業化聚變電站并網發電。根據計劃，2027年將完成高溫超導模型線圈（SMC）的技術驗證，突破HTS在強磁場環境下的應用瓶頸。隨著Alpha裝置的進展，Stellaris有望成為世界上第一個具備連續運行能力的聚變堆系統，為未來的商業化聚變電站奠定堅實基礎。

五、與其他聚變技術的對比：Stellaris與ARC

Stellaris與其他聚變公司，如美國的Commonwealth Fusion Systems（CFS）所推出的ARC反應堆相比，具有顯著的技術差異：

1、技術路線：Stellaris采用準等動力（QI）仿星器技術，通過外部線圈系統實現三維磁場約束，而ARC依賴托卡馬克技術，結合中央螺線管線圈與等離子體電流共同產生磁場，運行方式為脈沖式。

2、設計集成化與商業化目標：Stellaris是首個經過同行評審的集成化商業聚變電站設計，計劃在2031年展示凈聚變能輸出，并在21世紀30年代實現并網發電。ARC則更側重于驗證托卡馬克技術的能量增益，尚未明確提及“集成化商業設計”。

3、技術參數與工程路徑：Stellaris通過HTS磁體實現10特斯拉級強磁場，體積更小，支持模塊化快速建造；而ARC采用20特斯拉級HTS磁體，體積較大，需要解決托卡馬克技術的磁重聯與熱負荷管理問題。

4、國際合作與團隊背景

Stellaris由馬普等離子體物理研究所孵化，團隊包括MIT、谷歌、特斯拉、邁凱倫、SpaceX等公司成員，強調公私合作與歐洲能源戰略協同；而ARC則由麻省理工學院衍生，獲比爾?蓋茨、谷歌等投資，聚焦美國本土供應鏈與商業化路徑。

六、未來展望：推動清潔能源的革命

Proxima Fusion的Stellaris反應堆設計不僅代表了聚變能技術的重要突破，還展示了如何通過國際合作和創新加速清潔能源的商業化進程。隨著示范裝置Alpha的推進，Stellaris有望成為推動全球能源轉型的關鍵技術之一。通過聚變能的實現，Stellaris將為全球提供一種清潔、可持續的能源解決方案，推動核聚變能源時代的到來。

參考資料：

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