在從事核聚變研究的物理學家中流傳了一個很久的笑話，當新聞界又開始釋出核聚變技術在30年後進入實用階段、核聚變工廠即將開工的訊息時，他們馬上感到了“新聞疲勞”。核聚變發電的遠景規劃非常誘惑人，然而，實用性的商業價值不是一朝一夕能變現的。讓核物理學家聽得“耳朵起繭”的笑話何時才能一去不復返。麻省理工的研究人員設計了一種新的核能聚變裝置，它是一個實用型的託卡馬克反應堆，也許人們無需等待漫長的30年，在未來的10年之內可以等到實用型核聚變反應堆的問世，聚變反應堆發電的時代正向我們走來，中國、日本、韓國、歐盟、美國、印度在聚變實驗和應用研究中走在了世界前列。獲取一種“取之不盡，用之不竭”的聚變能源，這是人類的夢想，也是人類現實發展的需要。
麻省理工等離子體科學和核聚變中心的主任、原子能科學和工程教授丹尼斯·懷特解釋說，低溫超導體具有商業價值，從稀土材料鋇銅氧化物(REBCO)製成了高磁場線圈，新的設計裝置改變了整個磁場約束的條件，達到了理論性磁場約束的要求，超熱的等離子體被幽閉在反應堆的腹腔，由氘氚反應形成的等離子體是參與核聚變反應的物質形態，磁場約束使得等離子體不被洩露。新的設計裝置比以前的託卡馬克體積更小，反應堆尺度的減小使得整個裝置的價格降低，裝備製造的速度加快，增大了聚變能工廠創新設計的空間。“託卡馬克幾何體”像甜面圈的外形，而託卡馬克反應堆得到了深入研究，科技人員研製了第一、第二、第三代反應堆。懷特教授和博士在讀生布蘭登·索邦等11名研究人員組成了開發團隊，他們將新的設計方案在《核聚變工程與設計》雜誌上展示。懷特在麻省理工擔任核聚變設計課的主講教師，設計方案也是課程結束後給學生布置的大作業。
新設計的反應堆以核聚變物理學為基礎，強調了潛在性原型核能工廠的應用價值，以產出顯著的熱能效率為導向，反應堆的設計遵守了經過檢驗的技術規程，幾十年來，世界上主要的科技國家研製了上百座託卡馬克裝置，不斷地改進了反應堆的技術性能，麻省理工團隊的設計獲得了更強的磁場。“萬丈光芒”的太陽依靠了核聚變的驅動力，在數千萬度的太陽球體的核心，一對氫原子合成一個氦原子，反應後的靜止質量小於反應前的靜止質量，虧損質量轉變為能量，簡單計算一下會發現，核聚變產生了巨大能量。託卡馬克裝置的核心部件約束了超熱的等離子體，這種電離的氣體或等離子體被加熱到比恆星核心還高的溫度，強大磁場對等離子體的約束十分重要，磁約束有效地捕獲了巨大熱量和在磁場中高速運動的粒子。
任何增大磁場強度的措施都是成功的關鍵，磁場強度提高一倍，可獲得16倍聚變能的輸出。大多數託卡馬克裝置的效能隨體積的變化而變化，增大反應堆體積可提高聚變能的輸出，但磁場變化效應對聚變反應堆的影響更為顯著。麻省理工採用了比標準超導體更高的磁場技術，磁場提高了接近兩倍，聚變能輸出增加了10倍，能量輸出的巨大提升導致了反應堆設計技術的改進。目前，世界上最強大的聚變反應堆在法國建造，採用了包括中國在內的“六方合作”方式，國際合作ITER專案的投資額預計在50到60億歐元以上，預計投入執行的時間在2020年。麻省理工團隊的設計裝置只有ITER裝置大約一半的直徑（設計ITER時還沒出現新的超導體），卻能產生相當於ITER的能量，建造週期更短，建造成本更低。新設計的反應堆稱為ARC，它與ITER的物理學機制相同。
ARC另一項改進在於對聚變能的提取，從甜面圈形狀反應堆的中心提取能量的方式有了改進，使用了不同的材料，微調的設計使得能量的提取方式更為合理。ARC採用的超導磁體使得反應堆以更加平穩的方式執行，以產生更穩定的能量輸出。其它投入使用的實驗反應堆一次執行僅有幾秒時間，維持聚變反應的時間太短。ARC的一個關鍵優勢是採用了不同的反應堆防罩層，過去包裹在聚變室的固體防護材料被替換為液體材料，液體材料容易流動和更換，避免了由於防護材料的老化帶來的維護費用，而防護材料的替換成本高昂，替換過程繁瑣。固體防護材料處於極端溫度的環境，採用液態防護材料是一項主要的優勢。
過去設計的反應堆裝置產生了大約三倍於輸入電流的輸出電流，ARC能產生大約5到6倍輸入電流的輸出電流，電流輸入為裝置執行所需。過去的實驗裝置不能產生高於輸入能量的輸出能量，ARC提高了輸出和輸入能量的比值，淨能量輸出的提高改善了能量利用效率，這是聚變技術領域的突破性進展。ARC反應堆可為大約10萬居民提供電力，一個複雜的、尺寸相似的應用反應堆可能在未來的大約5年內建造。聚變能源將是22世紀最重要的電力能源，人類急需清潔核能，不是因為化石能源明天將會枯竭，而是因為化石能源的燃燒產生了災難性的全球氣候變暖，國際社會因此加快了聚變能技術開發和利用的步伐。麻省理工團隊將進一步最佳化設計方案，在工程設計的細節方面進行完善，他們設計的更高磁場強度的ARC成本更低、建造工期更快，體積更小，價效比突出，可能引起政策制定者、慈善家和私人投資者的關注，從清潔環境、美麗家園、商業開發、利益分享的多項收益考量，應用前景廣泛的聚變反應堆將是未來社會能源革命的最優選擇。
（編譯：2015-8-14）