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导语
2026年11月4日，美国仿星器公司Thea Energy宣布与MIT等离子体科学与聚变中心（PSFC）合作，计划对一个用于其仿星器装置Eos的平面环绕线圈进行全磁场、全载荷条件下的测试与验证。
此次合作将利用PSFC的低温测试设施及其在高温超导（HTS）磁体方面的技术经验，重点评估线圈在接近电站运行条件下的性能、效率和耐久性，并为后续预测模型的建立提供数据支持。
图片来源：Thea Energy公开资料
一、从复杂三维线圈到平面线圈？
传统仿星器通常依靠复杂的三维磁体线圈产生所需的磁场构型。以德国Wendelstein 7-X（W7-X）为例，其磁体系统包括50个非平面线圈和20个平面线圈。这类非平面线圈对几何精度、制造工艺和装配位置有较高要求，也增加了设备建造和维护的复杂度。
Thea Energy尝试通过重新设计磁体系统架构，降低这方面的工程难度。
其平面线圈仿星器方案主要由两类磁体组成：一类是环绕等离子体区域的大型环绕线圈，用于提供主要磁场；另一类是数量更多、可以独立控制的整形线圈，通过调整电流对磁场进行局部修正和精细调节。两类线圈产生的磁场叠加，共同形成约束等离子体所需的三维磁场构型。
下图：优化后的环绕线圈组（共12个）示意：(a) 和(b)分别为俯视和斜视图；(c) 等离子体边界上场误差的平面图。
图片来源：DOI 10.1088/1741-4326/ada56c
这一设计将部分磁场优化任务交由独立控制的线圈阵列完成，使单个线圈可以采用相对简单、标准化的平面结构，从而为自动化制造、模块化装配和后续维护创造条件。
下图：等离子体边界上由环绕线圈和整形线圈共同产生的磁场强度分别显示在左图和右图。
图片来源：DOI 10.1088/1741-4326/ada56c
2025年，Thea Energy团队在Nuclear Fusion发表论文Stellarator fusion systems enabled by arrays of planar coils，系统介绍了这一技术架构及其设计方法，并将其用于Eos和Helios等后续装置的设计探索。（文末附下载）
二、从整形线圈到环绕线圈：
工程验证进一步推进
Thea Energy目前推进中的Eos，定位是一台大型集成式仿星器中子源装置，采用12个环绕线圈和约300个可编程整形线圈。该公司计划通过Eos验证其磁体系统及相关工程能力，为后续Helios聚变电站项目积累经验。
此次MIT合作的验证重点是环绕线圈。与负责磁场精细修正的整形线圈相比，环绕线圈承担着系统主要磁场的生成任务，其结构强度和运行可靠性对整个磁体系统至关重要。
测试内容包括：
在全磁场和全载荷条件下测试并验证该线圈；
分析线圈在电站相关条件下的效率，用于开发预测模型，例如Thea Energy与NVIDIA等公司合作的"数字孪生"项目所使用的模型；
测试磁体韧性，以保障可靠性并支撑电站的高可用率。
这一环节的工程挑战在于，超导线圈在强磁场和大电流条件下会承受显著的电磁力，可能引起结构变形、应力集中以及超导导体应变。
因此，磁体验证不仅需要考察其能否产生目标磁场，还需要评估其在相应电磁载荷下的结构稳定性，以及长期运行中的可靠性。
三、平面线圈的工程优势仍需系统验证
从技术路线看，Thea Energy的方案降低了传统仿星器对复杂三维线圈制造和装配精度的依赖。其模块化整形线圈可以独立调整，也可以在需要时进行更换，为磁场误差修正和设备维护提供了更多灵活性。
不过，线圈结构简化并不意味着整个磁体系统的工程难度随之消失。数百个独立控制的整形线圈，对电源、控制系统和运行监测提出了新的要求；大型环绕线圈则仍需解决高场超导、机械支撑、低温运行和长期可靠性等问题。
此次与MIT的合作，将平面线圈架构中的大型环绕磁体推进到更高要求的工程测试阶段。再结合之前整形线圈的验证进展，Thea Energy正逐步补齐其磁体系统的关键工程环节。
参考阅读 📚
https://thea.energy/press-release/thea-energy-collaborates-with-mits-plasma-science-and-fusion-center-on-planar-coil-magnet-program/
https://thea.energy/press-release/thea-energy-accelerates-fusion-energy-with-helios-power-plant-digital-twin-and-ai-surrogate-models-in-collaboration-with-nvidia-synopsys-argonne-national-laboratory-and-princeton-plasma-physics-lab/
下载专区：点击下载PDF
2514393.pdf
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