7月30日，Helion Energy宣布首座商业聚变电厂Orion启动建设工作。近日，公司首席执行官David Kirtley发文，讲述了如何在不实现点火的情况下产生聚变电力。
Helion Energy成立于2013年，总部位于美国华盛顿州埃弗雷特，由等离子体物理专家David Kirtley、Chris Pihl、George Votroubek和John Slough联合创立。公司以“脉冲式场反位形 FRC＋磁压缩”的磁惯性混合方案为技术路径，以氘（Deuterium）和氦-3（Helium-3）为燃料，目标实现商业化发电。
- 2014年，建成第四代原型机——Grande，实现4T磁场，并达到5KeV的等离子体温度。
- 2015年，首次在从脉冲磁系统中实现回收95%的磁能回收。
- 2018年，建成第五代原型机——Venti，产生了7T的磁场，并在高密度下实现2KeV的离子温度。
- 2020年，建成第六代原型机——Trenta，展示了有史以来最大、能量最高的高β和 FRC聚变等离子体。Trenta将FRC等离子体压缩至8T以上，等离子体温度大于9keV，并证明等离子体约束足以发电。
- 2021年，OpenAI创始人Sam Altman个人投资3.75亿美元。
- 2022年，第七代原型机——Polaris开始建造。
- 2023年，与微软签署全球首个聚变电力采购协议（PPA），承诺2028年提供50MW电力，该项目已于2025年7月30日宣布正式开建。
- 2025年1月，宣布完成4.25亿美元的新一轮融资，公司估值达到54亿美元，累计融资规模超过10亿美元。
以下是David Kirtley原文：
通常来说，核聚变的成败常以 “点火” 为衡量标准。这一说法不无道理——近年来最受关注的核聚变成果，便源自美国国家点火装置（NIF）。
自大学等离子体物理课程入门阶段起，点火就被视作终极目标。它已深深融入我们对聚变能源的认知框架：所谓成功，即创造出温度极高、约束极佳的等离子体，使其能通过聚变反应实现自我加热，无需外部能量输入即可持续运行，且所产生的能量规模庞大，以至于如何转化为电力、如何高效加热燃料等工程问题，均被视作次要考量。
然而在Helion Energy，我们的目标并非仅实现大规模聚变或产生能量，而是打造世界所需的产品——清洁的基荷电力。而要达成这一目标，点火并非必要条件。
一、什么是点火？
聚变输出的提升可视为一系列阈值的逐步突破。其中核心指标为 “三重积”，即燃料密度、温度与约束时间的乘积，它决定了聚变反应发生的概率。
随着三重积的提升，首先会达到第一个阈值：热核聚变。此时会产生显著的聚变反应，其规模足以进行测量与量化，且该反应模式具备向发电机层面扩展的潜力。Helion Energy的创始人（编者注：John Slough）于2011年通过感应等离子体加速器（Inductive Plasma Accelerator，IPA）便已突破这一阈值。
第二个阈值是使反应过程输出的热能超过输入能量。若进一步提高三重积，聚变反应将达到这样一种状态：聚变产物（如α粒子）对等离子体的加热速率，超过等离子体的冷却速率，这一状态即 “自加热” 阈值。
继续提升则会达到点火状态：此时等离子体的自我加热足以抵消所有能量损失，无需外部加热，聚变能量也将大幅增长。
我们将这种状态称为 “燃烧等离子体”—— 这无疑是一项重大的物理里程碑，但与发电目标存在显著距离，因为在上述任一阶段，均存在实现发电的可能。
二、非点火聚变
并非所有聚变模式都完全相同，也并非所有聚变系统都需以点火为前提。诚如 Sam Wurzel与Scott Hsu在《Physics of Plasmas》期刊一文所阐述的（编者注：论文题目《Progress toward fusion energy breakeven and gain as measured against the Lawson criterion》）：若脉冲后95%的输入能量可被回收（即电效率ηelec），且电能向热能的转换效率（ηE）较高，那么即便科学能量增益（Qsci）<1，净电力产出（Qeng）仍可实现。
Wurzel与Hsu将Qsci定义为聚变反应释放功率与外部加热功率的比值，其涵盖等离子体加热、热损失与辐射损失、聚变能量产生等物理过程，并假定所有加热能量均在过程中损耗。Qeng则定义为输送至电网的电功率与用于加热、维持、控制及聚合聚变等离子体的输入（循环）电功率的比值。顺带说明，我们尽量避免对Q值展开讨论，因相关术语与定义易陷入逻辑循环，这也正是我们将核心目标明确为发电的原因。
凭借高效的加热技术及对输入电能的回收再利用，聚变增益的压力将大幅降低。要实现电力产出，无需突破点火阈值，甚至无需达到科学意义上的能量平衡。这正是Helion Energy技术路线的核心基础。我们的聚变系统被设计为在这一区间高效运行，使我们能在较低聚变产额下实现发电，且无需依赖点火。
三、无需点火的三大关键因素
Helion Energy的聚变系统以高效为核心设计原则，因此无需达到点火即可实现发电。具体机制如下：
1.直接能量转换
Helion Energy通过磁学方式回收聚变能量，而非热学途径。我们的系统省去了将聚变热能转化为蒸汽、再转化为机械运动、最终转化为电能的所有中间环节。当聚变在我们的场反位形（FRC）等离子体中发生时，高温等离子体会发生膨胀，对周围磁场产生反作用力。这种反作用力会在线圈中感应出电流（类似电动汽车的再生制动原理），直接将电能反馈至系统。更重要的是，我们会尽可能回收输入的电能，因此聚变仅需弥补无法回收的少量能量即可。
这种直接能量转换方式无需汽轮机或冷却塔，不仅减小了系统的体积、复杂度与成本，还使我们能在远低于传统要求的聚变产额下实现发电。
2.高比压
比压β（beta）是等离子体压力与磁压的比值。多数聚变系统的比压不超过 10%，而Helion Energy的FRC等离子体可实现高比压，比值接近1（即 100%）。
这意味着我们可通过相对温和的磁场约束高压等离子体，其效率极高：磁场每输入1个单位能量，等离子体中即可获得近1个单位能量。
高比压使我们能以更少的输入获得更多输出，这进一步降低了对高聚变产额的需求，同时为D-He3等先进聚变燃料的应用创造了条件。
3.脉冲运行
与试图长期维持等离子体的稳态聚变装置不同，Helion Energy的系统采用短脉冲运行模式，每个脉冲持续时间不足1毫秒。
这种短脉冲模式规避了连续运行系统面临的诸多约束与稳定性问题，同时使整个聚变过程更接近热机的工作原理：等离子体经压缩、反应、膨胀后，对磁场产生反作用力，进而实现发电。由于每个脉冲快速且独立，我们无需等离子体通过点火实现自我维持，仅需每个脉冲中的聚变能量超过系统内部损耗即可。这一目标更易实现且便于控制。
四、发电是核心目标
在Helion Energy，我们并非致力于建造能实现最大规模聚变的装置，而是致力于打造能产生最多电力的系统。
我们的优化方向是 “实现发电所需的最少聚变量”，而非 “突破最极端的物理里程碑”。这为商业化聚变提供了一条可行路径，避开了点火与维持燃烧等离子体所涉及的复杂物理难题。
相反，我们选择直面工程挑战。诸如快速脉冲开关、电力电子设备及磁控技术等，虽具难度，但均有解决之道。
这种 “降低物理风险、加大工程投入” 的权衡，使我们能够加速推进研发。我们坚信，这也是实现聚变真正目标——将电力输送至电网——的关键所在。
原文链接：
- https://www.helionenergy.com/articles/how-to-make-fusion-electricity-without-ignition/