Commonwealth Fusion Systems共同价值聚变系统公司（CFS）宣布计划在弗吉尼亚州里士满附近建造世界上第一座电网规模的聚变发电厂。

SPARC托卡马克聚变设施在ARC发电厂Commonwealth Fusion Systems内的外观渲染图

经过对全球100多个地点的考察，CFS公司在弗吉尼亚州切斯特菲尔德县选择了一块100英亩（40.5公顷）的土地用于建造ARC发电厂，ARC是“经济实惠、坚固、紧凑”的缩写。这座核聚变发电厂的目标是在2030年初生产连续400兆瓦的清洁、几乎无限的能源。

如果“ARC”这个名字听起来很耳熟，那是因为它与漫威漫画公司的托尼·斯塔克发明的虚构ARC反应堆同名，为他的钢铁侠套装等提供动力。虽然斯塔克的微型聚变反应堆小到可以握在手里。现实世界的CFS聚变发电厂版本接近仓库的大小。

ARC发电厂Commonwealth Fusion Systems的剖面图，其中包含1亿摄氏度的超导磁体等离子体

聚变，即原子核聚变以释放大量能量的过程，与为太阳等恒星提供能量的反应相同。与核裂变不同，核裂变会分裂原子并产生危险的放射性废物，核聚变使用氢同位素（如氚和氘）并产生无害的副产品氦。长期以来，它一直是清洁、无限能源的“圣杯”，有可能彻底改变全球能源格局。

SPARC反应堆将利用CFS设计的一种全新的高温超导磁体系统，将温度超过1亿摄氏度的过热等离子体限制在一个称为托卡马克的环形安全壳中。

目标是实现稳定燃烧，像传统发电厂一样持续发电。如果成功，它可以为15万户家庭供电，而不会产生化石燃料的环境负面影响。

尽管核聚变本质上比裂变更安全，但并非完全没有风险。聚变过程中释放的高能中子会降解反应堆材料，使维护成为一个持续关注的问题。随着时间的推移，中子将有效地照射反应堆和周围的材料。氚燃料具有轻度放射性，需要小心处理以防止泄漏。

ARC工厂将占用弗吉尼亚州切斯特菲尔德县100英亩土地中的25英亩

另一个直到最近才被征服的挑战是等离子体控制。2024年2月，韩国超导托卡马克高级研究所（KSTAR）成功实现了48秒长的连续等离子体燃烧，这是迄今为止持续时间最长的一次。与依靠强烈引力维持等离子体的太阳不同，聚变反应堆使用磁场或激光来稳定反应。CFS公司的SPARC托卡马克机构设计使用磁铁。过程中的任何中断，如断电或机械故障，都会导致等离子体几乎立即冷却——在毫秒内——从而导致反应停止。

聚变发电是一种近乎完美的能源解决方案。它丰富、干净、可持续。一克燃料可以产生相当于10吨（9吨）煤炭的能量，理论上可以为一个美国家庭供电850年，同时产生的放射性废物水平要低得多，其风险远低于依赖核裂变的工厂。

弗吉尼亚州的ARC反应堆项目可以为更美好的未来铺平道路。虽然仍有一些挑战需要克服，但如果实现，无限的清洁能源可以走出科幻小说，成为现实。