3月18日，美国通用原子公司（General Atomics，GA）与加州大学圣地亚哥分校（UC San Diego）宣布将在圣地亚哥共建聚变数据科学与数字工程中心，进一步深化先进数字工程、人工智能（AI）、机器学习（ML）和高性能计算（HPC）等领域的合作，加速聚变能源开发进程，同时巩固加州在聚变研究与创新中的全球领导地位。本篇文章，我们将从公司概况、核心技术、实验装置等多个方面展开详细介绍GA。
一、企业概述
General Atomics最早成立于1955年，总部位于加州圣地亚哥，是一家全球领先的国防和多元化科技公司。最初公司主要研究核能的和平应用，后通过DIII-D和美国能源部（DOE）惯性约束计划（主要是提供了各种诊断仪器与系统）逐步成为美国私营部门聚变研究的主要参与者。
General Atomics同时也是下一代核裂变和高温材料技术开发的领导者，甚至在军事国防领域也有广泛的应用，其电磁系统部门为美国海军生产电磁飞机发射和回收系统、卫星监视、电磁轨道炮、高功率激光器、超高速弹丸和功率转换系统等。
二、核心技术
1.诊断与监测系统：为磁约束和惯性聚变装置提供全系列诊断工具，包括：
- X射线成像技术：DIXI系统利用脉冲扩张技术实 10皮秒级时间分辨率，可捕捉等离子体微观结构变化。
- 汤姆逊散射测量设备：通过重复脉冲Nd:YAG激光与雪崩光电二极管，实现每秒 100 次以上的多点等离子体温度 / 密度实时测量。
- ITER核心诊断组件：为ITER定制的环向干涉仪（TIP）、广角观测系统（uWAVS）等，用于监测等离子体电流分布与杂质行为。
2。等离子体加热与控制技术
- 高功率微波系统：开发电子伯恩斯坦波（EBW）加热技术，为英国MAST Upgrade装置提供波纹波导组件，支持其验证新型等离子体加热方案。
- 实时反馈控制系统：通过三维磁场线圈实现ELM抑制，相关技术已应用于 DIII-D 和 ITER 原型机设计。
3.超导磁体与关键部件制造
- ITER中央螺线管：作为ITER最核心组件，GA制造的脉冲超导电磁体可产生13T磁场，其绕组技术突破传统工艺极限。
- 先进材料研发：为聚变堆包层开发耐高温氚增殖材料，结合FUSE模拟平台优化材料在中子辐照下的性能。
4.软件工具与数字孪生技术
2024年，GA发布了聚变合成引擎——FUSE（FUsion Synthesis Engine） ，这是一个用于聚变发电厂（FPP） 集成设计的开源框架。旨在实现以下目标：
- 提供一个高效的模块化框架，将不同领域的模型紧密耦合。
- 集成等离子体物理学、工程、控制、电厂平衡和成本核算系统。
- 利用机器学习来克服模拟中典型的保真度/速度权衡。
- 支持稳态和瞬态仿真。
- 利用并行性和高性能计算 （HPC） 进行大规模研究。
- 执行多目标约束优化以探索设计权衡。
- 支持全面的敏感性分析和不确定性量化。
三、聚变实验装置
DIII-D最早于1986年2月正式投入运行，目前是美国最大的磁约束聚变装置，也是世界上从事磁约束聚变和非圆截面等离子体物理研究中最先进的实验装置之一。
在过去几十年里，DIII-D一直是世界聚变物理研究中一些前沿领域的主要贡献者，包括等离子体扰动、能量输运、边界层物理学、电子回旋加热和电流驱动等。DIII-D还配备了大量先进的高温等离子体的测量诊断装置，还具有等离子体成型和提供误差场反馈控制的独特性能。DIII-D装置的核心参数为：等离子体大半径1.67m、小半径0.67m、环形磁场达到2.17T，最大等离子体电流2MA，加热功率达到26MW。
而在此之前，General Atomics自1950年代开始的聚变研究系列中的第四台机器。在此之前，先后经历了Doublet I、Doublet II/IIA、Doublet III。
Doublet I：该系列的首台机器最早于1957年开始建造，1968年建成。等离子体没有采用当时托卡马克装置中使用的圆形横截面，而是被约束在双峰形状中，预计这将通过维持更高的等离子体压力来产生高聚变性能。 正如预测的那样，Doublet I的性能提供了足够的科学证据来证明开发更大设备的合理性。
Doublet II：1971年建成的第二台设备。这种托卡马克继续产生数十毫秒的稳定等离子体，其等离子体压力指标（称为等离子体 β）高于当时其他当代托卡马克所达到的水平。 1974年，该设备的真空容器升级为使用磁线圈来确定等离子体形状，而不是依赖真空容器轮廓的被动整形。升级后的“Doublet IIA”的实验开创了通过外部线圈进行主动等离子体控制的先河，并有助于为当今使用的现代等离子体控制方法提供信息。
Doublet III：基于Doublet II/IIA的成功，General Atomics开始着手设计一种新的、更大的机器，作为Doublet概念的关键测试机器。Doublet III由美国能源部资助（后来得到日本原子能研究所的部分支持），于1978年开始运营，是当时世界上最大的磁约束聚变装置，并很快创造了达到2.2MA的最高等离子电流纪录。
四、商业聚变公司合作
Tokamak Energy：2023年5月，双方签署合作备忘录，共同开发
高温超导（HTS）磁体技术
，用于聚变能源及航空（卫星推进系统）、医疗（核磁共振）等工业领域。合作目标通过整合双方技术，将HTS磁体的能量密度提升30%以上，同时降低制造成本。这一技术突破将使聚变反应堆体积缩小40%，显著提高商业化可行性。
Pacific Fusion：2025年4月，双方共同宣布合作测试
脉冲驱动惯性聚变能源系统中的
脉冲发生器模块，该模块采用IMG架构，由多个“Brick”组成，每个
Brick包含两个串联的电容器和一个低阻抗的火花间隙开关。每个模块储存的能量为512kJ，共计有156个模块，因此总共可储存约80MJ的能量。
五、总结
作为
全球顶尖的核聚变技术研发者、关键部件制造商和大型聚变实验装置运营商
。GA的核心业务兼顾
磁约束聚变和惯性约束聚变，其顶尖的研发能力、关键的工程部件和深度的技术解决方案
，是支撑整个全球核聚变研究生态系统不可或缺的一环。
参考链接：
- https://www.ga.com/about/history
- https://www.ga.com/ga-and-tokamak-energy-announce-collaboration-regarding-high-temperature-superconducting-magnet-technologies