2024年12月6日，世界核新闻（WNN）报道了美国和英国政府的能源部门将与Tokamak Energy合作，投资5200万美元对ST40聚变设施进行升级，其中包括在其内壁涂上锂。

一、Tokamak Energy简介

11月11日，我们在针对企业专栏-Tokamak Energy的介绍中就曾提到过，Tokamak Energy成立于2009年，是英国原子能管理局（UKAEA）的衍生公司。该公司的美国子公司Tokamak Energy Inc于2019年成立。据其官网介绍，Tokamak Energy是唯一一家拥有超过十年经验的私人聚变公司，致力于开发两种技术，这两种技术提供了最有效率和商业吸引力的聚变能源路径：紧凑型球形托卡马克和高温超导（HTS）磁体。

此次，美国能源部（The US Department of Energy，简称DOE）、英国能源安全和零排放部（the UK's Department of Energy Security）以及托卡马克能源（Tokamak Energy）将平均分担这项为期五年的计划资金，目的是推进研究和知识的发展，以助于未来聚变电厂的开发。

我们在6月6日的《白宫办公室称：美国政府拨款1.8亿美元以推进其商业聚变能源十年规划》报道中也曾提及过，美国能源局DOE宣布其基于里程碑的聚变开发计划的八个入围者已签署协议。该计划将为DOE与八家聚变公司之间的公私合作伙伴关系提供高达4600万美元的资金，为期五年，旨在推进私营部门主导的聚变试验工厂的设计和研究与开发。当天天已完成协议的公司包括：

Commonwealth Fusion Systems Focused Energy

Thea Energy

Realta Fusion

Tokamak Energy

Type One Energy Group

Xcimer Energy

Zap Energy

这其中就有Tokamak Energy，说明他们的合作由来已久。

Tokamak Energy表示，聚变需要的条件是粒子足够热、足够密集，并能长时间保持热量以释放净能量。“这项工作的目标是通过在ST40装置的内壁上涂覆锂元素，实现具有良好约束力的聚变条件，以便在未来聚变试验工厂中实现长时间维持”。

去年，两国能源部门达成了聚变战略伙伴关系，主要目标之一是建立共享的聚变研究和开发设施。新协议意味着两国大学和国家实验室的研究人员将能够从ST40托卡马克（一种利用环形磁场限制等离子体的机器）开展的研究中受益，该设施升级预计将于2027年投入运营。

二、ST40简介

ST40高场紧凑型球形托卡马克是世界上同类装置中最先进的。在2022年，ST40达到了世界上第一个等离子体离子温度为1亿摄氏度，比太阳中心的温度高出六倍，并考虑了聚变能量的阈值。物理研究所于2023年发表了一篇关于该成就的同行评审科学论文。

Tokamak Energy还展示了所有私人聚变公司中最高的“三乘积”；这是一个衡量等离子体温度、密度和约束时间的指标，也是实现商业聚变条件的关键进展度量。这些成就支持球形托卡马克作为实现清洁、经济且全球可部署的聚变能源的最佳途径。

三、ST40升级

普林斯顿（PPPL）和橡树岭（ORNL）实验室都将利用各自的专业知识协助ST40的升级，普林斯顿实验室负责锂涂层，橡树岭实验室负责部署燃料。

普林斯顿等离子体物理实验室主任史蒂文·考利表示：“PPPL早在90年代就率先在聚变中使用锂涂层。从那时起，我们不断加深对这些涂层可以实现的根本性约束改进的理解，我们很高兴看到这些专业知识在与私营聚变行业的合作中得到利用和发展。”

Tokamak Energy首席执行官沃里克·马修斯表示：“近年来，我们的高场球形托卡马克ST40取得了令人瞩目的成果，我们很高兴通过这一强大的公私合作伙伴关系开始ST40的新使命。该计划将推动球形托卡马克和整个行业的聚变科学和技术发展，以实现提供聚变能的共同目标。”

美国能源部科学办公室聚变能源科学副主任让·保罗·阿兰表示：“我们非常期待ST40设施能够实现这些新功能。最令我兴奋的是，我们有机会通过私营聚变公司的设施研究计划，让我们的大学和国家实验室的科学家参与进来，共同利用这些新功能。正是这些公共资助的科学家与私营设施的合作，推动了核聚变领域的关键进展，这对于提升美国核聚变能源行业的竞争力至关重要。”

美国科学与创新部副部长杰拉尔丁·里士满表示：“这些新投资将加强我们与私营部门和国际盟友的伙伴关系。每个合作伙伴都将获得比承诺的资金多得多的收益。”

英国气候大臣克里·麦卡锡表示：“这一战略伙伴关系对于开发这项令人兴奋的新技术并更快地投入使用至关重要。”

四、背景

聚变不会产生碳排放，并且燃料资源丰富且分布广泛。聚变研究旨在复制太阳的发电过程——当轻原子核聚变形成较重的原子核时，会释放出大量能量。为此，燃料被加热到极高的温度，至少比太阳中心高10倍，形成等离子体，聚变反应就发生在等离子体中。商业发电站将利用聚变反应产生的能量来发电。目前，聚变面临的根本挑战是使聚变等离子体的热量释放率超过注入等离子体的能量释放率，目前有多种方法可以解决这一问题。

我们前面提到Tokamak Energy于2009年从英国原子能管理局分离出来。去年2月，该公司宣布将在2026年前在英国原子能管理局位于英格兰牛津附近的卡勒姆校区建造一个原型球形托卡马克ST80-HTS，以“展示高温超导磁体的全部潜力”，并为其聚变试验工厂的设计提供参考，以展示在2030年代向电网输送电力的能力，目标是在全球范围内部署500兆瓦的商业工厂。

10月，该公司首次公布了高场球形托卡马克工厂的细节，该工厂“能够产生800兆瓦的聚变功率和85兆瓦的净电力”，这是美国“商业聚变能源十年宏伟愿景”计划的一部分。报告称，“托卡马克的初始设计长宽比为2.0，等离子体主半径为4.25米，磁场为4.25特斯拉，并配备液态锂氚增殖层”。托卡马克将包括新一代高温超导磁体，“用于将氘和氚氢燃料限制和控制在比太阳中心温度高很多倍的等离子体中”。我们此前也报道过该消息，如有兴趣可点击阅读Tokamak Energy首次公布其高场球形托卡马克电厂的设计细节。

参考链接：

• https://www.world-nuclear-news.org/articles/us-and-uk-partner-with-tokamak-energy-on-st40-upgrade
• https://tokamakenergy.com/2024/12/05/tokamak-energy-partners-with-u-s-doe-and-uks-desnz-to-accelerate-fusion-development-through-52m-st40-upgrade/