聚变能源领域长期面临的关键难题之一，是如何让启动聚变反应所需的能量与成本低于最终售电收入。多家企业正尝试不同技术路径，但尚无商业化方案给出明确答案。

以Commonwealth Fusion Systems为代表的一些公司，正在建设造价数亿美元的大型聚变装置，计划在明年启动运行，以验证其技术路线的经济性。与此同时，一批成立时间较短的企业则试图通过更简化的装置和工艺，降低聚变电厂的建设与运行成本，Pacific Fusion便是其中之一。

这家初创公司近日表示，其在美国桑迪亚国家实验室完成的一系列实验，显示出有望削减其聚变方案中部分高成本环节。相关实验结果已独家分享给科技媒体TechCrunch。

采用脉冲驱动惯性约束聚变

Pacific Fusion正在开发一种被称为脉冲驱动惯性约束聚变（ICF）的技术路径。该方法在原理上与美国国家点火装置（NIF）开展的实验类似：通过快速压缩小型燃料颗粒，使其中原子发生聚变并释放能量。

不同之处在于，NIF使用激光驱动压缩，而Pacific Fusion计划利用强电脉冲产生磁场，对燃料颗粒进行包覆和压缩。公司介绍，燃料颗粒尺寸约相当于铅笔橡皮，在不到1000亿分之一秒的时间尺度内完成压缩。

Pacific Fusion联合创始人兼首席技术官Keith LeChien在接受TechCrunch采访时表示，压缩速度越快，燃料温度越高，有利于实现聚变。

通过结构设计实现“自带”预热

在脉冲驱动ICF方案中，燃料在被压缩前通常需要一定预热，以提高温度并改善聚变条件。此前相关研究多依赖激光和额外磁场系统提供这部分能量。LeChien称，这类预热能量约占系统总能量的5%至10%。

然而，额外的激光与磁场装置会增加系统复杂度、前期投资和后期维护成本，从而影响电力成本竞争力。为此，Pacific Fusion在桑迪亚的实验中，尝试通过调整靶结构和电流参数，将预热过程“内嵌”到原有磁场系统中。

具体而言，公司修改了包裹燃料颗粒的圆筒（靶）设计，并调整施加的电流，使在主压缩电脉冲到来之前，部分磁场可以提前渗入燃料，实现预热。

“我们可以对这个圆筒的制造方式做非常细微的调整，让磁场在压缩前渗透到燃料中。”LeChien说。

利用靶材层厚控制磁场渗透

根据Pacific Fusion的介绍，其燃料被装载在包覆铝层的塑料靶中。通过改变铝层厚度，公司可以控制磁场渗透到燃料内部的程度。

LeChien表示，这一外壳制造工艺对精度有一定要求，但并不复杂，其工艺难度大致相当于生产.22口径子弹壳。“这是一个经过100多年打磨和完善的工艺。”他说。

他还称，让磁场进入燃料中心所需的额外能量非常有限，占系统总能量不到1%，对整体能量预算影响“几乎可以忽略不计”。

目标是削减激光和磁场系统成本

Pacific Fusion认为，通过上述设计，如果能够在不增加显著能耗的前提下完成预热，就有机会减少甚至取消原本用于预热的独立磁场系统和激光装置。

LeChien表示，取消额外磁场系统将简化装置结构并降低维护需求，对整体成本有一定帮助；而去除激光系统则可能带来更大幅度的成本下降。他称，用于预热这类高增益系统的激光装置规模通常超过1亿美元。

用实验校准模拟

LeChien还表示，此次在桑迪亚的实验不仅用于验证预热方案本身，也用于校准公司内部的数值模拟模型，以确保模拟结果与实际实验相符。

“很多人做了模拟，说‘这个行那个行’，但模拟、建造、测试并让它真正工作是完全不同的游戏。闭环非常难。”他说。

目前，多数聚变初创企业仍以在2030年代初至中期实现首座商业聚变电厂为目标。Pacific Fusion未在此次披露中给出具体时间表，仅表示将继续基于实验结果推进相关技术开发。