聯邦聚變系統公司（CFS）已宣布計劃在維吉尼亞州里士滿附近建造世界上第一座電網規模的聚變發電廠。在對全球100 多個地點進行考察之後，中心選擇了弗吉尼亞州切斯特菲爾德縣的一塊100 英畝（40.5 公頃）的土地來建造ARC（”ARC”是”負擔得起的、堅固的、緊湊的”的縮寫）。 這座核融合發電廠的目標是到2030 年代初，連續生產400 兆瓦的清潔能源，幾乎是無限的。

如果您對”ARC”這個名字有印象，那是因為它與漫威漫畫中的東尼史塔克發明的虛構ARC反應器同名，後者為鋼鐵人戰衣等提供動力。 史塔克的迷你聚變反應器小到足以握在手中，而現實世界中的CFS 版本將接近一個倉庫的大小。 目前還沒有超級英雄套裝。

ARC 的剖面圖，其中包含1 億攝氏度等離子體和超導磁鐵

核融合是原子核融合以釋放大量能量的過程，與太陽等恆星的動力反應相同。 與分裂原子並產生危險放射性廢物的核分裂不同，核融合使用氫同位素（如氚和氘），並產生無害的副產品氦。 長期以來，核融合一直是清潔、無限能源的”聖杯”，並有可能徹底改變全球能源格局。

SPARC 反應器將利用CFS 設計的全新高溫超導磁鐵系統，將溫度超過攝氏1 億度的過熱等離子體封閉在一個稱為託卡馬克的甜甜圈形安全殼中。

目標是實現穩定燃燒，像傳統發電廠一樣持續發電。 如果成功，它可以為15 萬戶家庭供電，而不會產生化石燃料對環境的不利影響。

雖然核融合在本質上比核分裂更安全，但並非完全沒有風險。 核融合過程中釋放的高能量中子會降低反應器材料的性能，因此維護工作一直是個問題。 隨著時間的推移，中子將有效地輻照反應器和周圍的材料。 氚燃料具有輕微放射性，需要小心處理以防止洩漏。

ARC 設施將佔維吉尼亞州切斯特菲爾德縣100 英畝土地中的25 英畝。

另一個最近才被”攻克”的挑戰是等離子體控制。 2024 年2 月，韓國超導託卡馬克先進研究（KSTAR）成功實現了長達48 秒的等離子體連續燃燒，這是迄今為止最長的一次。 太陽依靠強大的引力壓力來維持等離子體，而聚變反應器則不同，它利用磁場或雷射來穩定反應。 中心的SPARC 託卡馬克設計使用磁鐵。 過程中的任何中斷，如斷電或機械故障，都會導致等離子體在幾毫秒內瞬間冷卻，從而導致反應停止。

聚變發電是一種近乎完美的能源解決方案。 它資源豐富、清潔且可持續。 一克燃料所產生的能量相當於10 噸（9 噸）煤炭，理論上可以為一個美國家庭提供850 年的電力，同時產生的放射性廢料比依靠核裂變的發電廠產生的放射性廢料的風險要低得多。

維吉尼亞州的ARC 反應器計畫可以為更美好的未來鋪平道路。 雖然仍有一些挑戰需要克服，但如果CFS 能夠兌現承諾，無限的清潔能源將走出科幻小說，走進現實。