Novatron是参与在法国卡达拉舍举办的首届私营部门聚变研讨会的30个私营聚变项目之一，该研讨会于5月27日至29日在ITER组织的总部举行。
公司的共同创始人兼董事长Erik Oden展示了Novatron在聚变技术方面的独到方法以及目前所取得的进展。正如几乎所有新技术的发展一样，每家公司都对如何将其商业化有着自己的见解。不过，它们的起点都是相同的，那就是制造等离子体（物质的第四态）。
地球上的大多数物质都处于固态、液态或气态这三种状态之一，而宇宙中的大部分物质则处于由带电粒子（离子和电子）构成的等离子体状态。太阳中的氢就是以等离子体的形式存在，太阳系的大部分能量都源自于此。太阳内部的压力促使氢原子发生聚变，转化为氦，并在此过程中释放出巨大的能量。
一、磁镜机器
Novatron代表了磁镜机器技术的一种现代化演进，这种设计最初在1955年由劳伦斯利弗莫尔国家实验室提出。其核心思想是通过巧妙布置两个大型磁铁，使得带电粒子能在强磁场区域内反复反射。
Oden认为，磁镜技术是一种聚变能源的简化方案，它具有成本低廉、燃料补给简便，并且无需额外设备来处理中子流产生的多余热量等明显优势。这种技术能够实现持续稳定的运行状态，并且拥有很高的β值——即等离子体压力与磁压力的比率。高β值的设备能够在较小的磁场作用下产生更大的能量输出，从经济角度来看，这比低β值的技术方案更具吸引力。
然而，传统的磁镜机器也面临着稳定性差和等离子体约束时间短的挑战。约束时间，即机器能够维持等离子体燃料稳定状态的时间，是实现聚变反应并保持其持续进行的三个关键条件之一，另外两个条件是等离子体的密度和温度。Oden指出，多年来，科学界已经开发出多种方法来提高磁镜机器的稳定性和延长约束时间。
Novatron的解决方案之一是采用了联合创始人兼首席技术官Jan Jäderberg的创新思路。Jäderberg发现了减少等离子体不稳定性问题的有效方法，这些不稳定性问题一直是实现聚变能源实用化的主要障碍。
Novatron计划构建的是一种轴对称串联磁镜（ATM），它融合了两种基础的聚变技术概念：磁镜和双锥形尖端。传统的磁镜技术虽然能够提供良好的等离子体约束，但稳定性不足；而双锥形尖端则能产生稳定的磁场，但约束效果不佳。
Novatron的独特之处在于，它创造了一种新型的磁约束方式，既有传统磁镜的法线磁场，又增加了一对双锥形尖端，从而在对称平面上形成了一种特殊的磁场结构。Oden解释说：“我们设计的磁场从内侧看是向外凸的，从外侧看则是向内凹的。”这种设计不仅实现了出色的等离子体约束效果，而且具有内在的稳定性。
Oden还提到，由于所有的磁铁都是圆形的，这使得它们易于制造和机械稳定。Novatron的技术不仅实现了高β值，还有多种提升性能的方法，包括延长约束时间和增加等离子体体积。此外，ATM的设计简化了等离子体的持续燃烧过程，无需依赖其他方法中必需的复杂加热设备。
二、计算机模拟的力量
如同所有聚变项目一样，Novatron的发展蓝图也分为多个阶段，起点是通过模拟来验证和优化他们方法背后的物理和工程原理，终点则是在大约十年后建成商用聚变反应堆。
为了对他们的架构进行模拟，Novatron依赖于计算机模拟和物理建模的专家——包括在Novatron担任计算物理学家和软件工程师的Rickard Holmberg。公司最常使用的模拟平台是WarpX，这个平台由劳伦斯伯克利国家实验室、SLAC国家加速器实验室和劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究人员团队开发和维护。
“我们对基础的WarpX进行了一些改进和调整，以更好地满足我们的需求，”Rickard Holmberg在接受《计算机周刊》采访时表示。
这款模拟软件能够在多种硬件上运行——从单个工作站的GPU到大型集群。它支持AMD和NVIDIA的GPU，并能利用OpenMP和MPI进行CPU并行处理。Novatron主要在自己的硬件上运行模拟，但有时也会使用小型云资源。“我们计划扩展到大型集群，”Holmberg说。
该公司已经进行了广泛的计算机验证和压力测试模拟，结果表明Novatron的稳定性——这与传统磁镜方法的不稳定性形成了鲜明对比。
“我们的计算还表明，与传统的磁镜机器相比，我们在能量约束时间上将有100倍的提升，”Oden说。
三、一系列实验设备
“我们目前正在斯德哥尔摩的皇家理工学院LVM实验室启动我们的第一个实验反应堆，命名为Novatron 1，”Oden表示。“这里将成为展示稳定等离子体的核心单元。我们计划的第二个实验反应堆是Novatron 2，我们将在这里构建我们首个轴对称串联磁镜，并增加提升性能的功能。我们预计到2027年达到聚变条件。”
与其他聚变公司一样，在将电力输送到电网之前，公司将制造一个原型机来证明其商业可行性。这将是Novatron 3，一个试验性反应堆，预计将在2030年代完成，前提是公司继续遵循当前的发展路线图。
最后，Novatron 4将是一个为商业电厂设计的完整聚变反应堆。如果一切按计划进行，这将在2030年代实现。公司希望其独特的设计能够成为全球范围内实现清洁、安全且几乎无限能源供应的首选技术。
参考链接：
- https://www.computerweekly.com/feature/Computer-simulations-show-Swedish-fusion-initiative-could-have-global-impact