核融合世界盃開打了，而當今賭盤最旺的當屬Commonwealth Fusion Systems (CFS)，網站首頁毫不含蓄地標榜「全球最大的核融合公司 (The world's largest and leading commercial fusion energy company)」。這家新冠疫情前才冒出的新創公司是哪來的底氣，到底實力如何？
Commonwealth Fusion Systems：麻省理工準備用高溫超導實現的核融合革命
在美國麻薩諸塞州的偏郊，一棟外表不起眼的工業建築，走進去，卻像踏入科幻電影的場景：巨型環形超導線圈、電漿診斷儀器、液氮管線交錯，螢幕上閃動著磁場拓撲圖，但這不是 NASA，也不是 CERN，而是全球最受矚目的核融合新創之一的Commonwealth Fusion Systems。CFS 的目標非常直接，就是在 2030 年代中期推出世界第一座商轉核融合電廠，並提供 400 MW級的綠色基載電力。
CFS由麻省理工(MIT)的Plasma Science and Fusion Center(PSFC)團隊於 2018 年創立，短短六年募資近 40 億美元。CFS 的願景是完成真正商轉的核融合電廠。目前正在建造SPARC 的實驗反應爐，預計在 2026~2027 年啟動，目標不是發電，而是展示核融合的科學淨能量突破QDT>1（設計能達到 Q = 10），企圖完成人類史上第一座真正達成「可商業化核融合條件」的裝置。
SPARC只是科學示範機，400 MW商轉的ARC才是CFS的最終目標，使用液態金屬壁(FLiBe)能吸收中子產生熱能、增殖氚以提供燃料、並保護反應爐壁，預計2030年前完成工程設計，並於2035年前建成商轉，是目前全球最清晰、工程最可行的核融合商轉路線之一。讓我們來整理他的四大優勢：
CFS 的四大優勢
優勢一：高溫超導磁場(HTS)
最傳統、最成熟核融合裝置當是鑽研了七十年的Tokamak，但Tokamak最要命的是磁場不夠強，裝置越做越大越貴，CFS的絕招就是：親愛的，我把它變小了，而且更便宜。
CFS在成熟的Tokamak路線上突破，使用REBCO(Rare-Earth Barium Copper Oxide)高溫超導，傳統Tokamak磁場約5 T，而CFS可以達到20 T，核融合裝置自然更小、更便宜。
優勢二：成本低、體積小、可量產
ARC的小體積、低成本，意味著可以在城市附近建廠、量產、模組化，及快速部署，是商業化的關鍵。
優勢三：強大的投資者作為後盾
CFS的投資者包括了比爾蓋茲的Breakthrough Energy Ventures、Google、Khosla Ventures、新加坡淡馬錫Temasek、義大利能源巨頭Eni等，資金充足意味著可以快速進展工程、提前建立供應鏈、承受風險、吸引人才。
優勢四：MIT 的科學與工程支援
源自科技豪門MIT的CFS擁有世界級電漿物理團隊、世界級超導工程團隊、及世界級控制系統團隊，其他新創公司難以向背。
CFS 的四大挑戰
當然，一間公司不會只有優勢沒有劣勢，核融合的工程挑戰是很巨大的，他也會面對相同的問題：
挑戰一：超導系統商業化
2021 年，CFS成功展示世界第一個 20 T高溫超導磁場，震撼整個核融合界，是最具競爭力的技術，但接下來的工程挑戰也在超導線材的製造成本、線圈的冷卻系統、機械應力、長期運作的可靠性。
挑戰二：讓電漿穩定
Tokamak最大的問題是電漿崩裂，也就是電漿突然失穩，熱量與電流瞬間衝擊反應爐壁，造成反應爐體損壞，所以CFS使用AI控制磁場、快速反應線圈、及液態金屬壁吸收衝擊。MIT在電漿控制方面是世界頂尖，自是CFS的強項，但證明ARC能長期穩定運作，是工程與物理的雙重挑戰。
挑戰三：氚燃料供應
氚是核融合的燃料，但自然界幾乎沒有，ARC使用FLiBe製氚，但高效率、高可靠性、及高安全性的要求，是核融合商轉的必要條件。
挑戰四：把核融合能量變成電力
核融合會產生高能中子、高溫液態金屬及高熱通量，所以ARC用液態金屬吸熱、用熱交換器把熱轉成蒸汽、用蒸汽推動渦輪機發電，這是成熟的傳統核電技術，但核融合的熱通量極高，熱交換器必須耐高溫、耐腐蝕、耐中子轟擊，需要新材料與新設計。
AI對於世界最大的貢獻是加速核融合發展
數位分身對愛好電玩的新新人類一點也不陌生，只是這裡是科技人的務實版本，一切都得遵循真實物理世界的規則，沒有科幻的超能力與穿越。對CFS來說，數位化不是指單純的CAD，而是要能在數位世界中運轉的核融合反應爐，數位分身驗證後，再建實體真機。可把原本要耗費經年累月的實體實驗壓縮成幾週幾天的虛擬優化，達成超高速的版本迭代，若說傳統工程設計CAD是手繪的四格漫畫，那數位孿生就是AI生成的電影。核心概念整理如下表：
| 面向 | 內容 | 關鍵工具與技術 |
|---|---|---|
| 數位設計 | SPARC/ARC的3D結構、磁場、管線、及系統裝配的工程模型 | Siemens NX、Teamcenter |
| 數位孿生 | SPARC的高仿真虛擬世界，含幾何模型及物理模式 | NVIDIA Omniverse、OpenUSD |
| 物理模擬 | 預測與優化整個核融合電廠生命週期含電漿、磁場、熱、結構、冷卻等 | 傳統數值模擬＋AI加速模型 |
| 專案與生命週期管理 | 設計版本、裝配、製造、維護 | Siemens Xcelerator/ Teamcenter PLM |
| 控制與實驗設計 | pulse 設計、磁場電流、實驗設計 | 數位分身預演排練與優化 |
（表一）核融合運用AI核心概念
資料來源：王曉中
目前所有拚核融合商轉的公司，都已開始著手建立數位孿生系統，但CFS是最完整、最到位的一家，也是唯一做到全系統級的核融合數位分身。透過與科技巨頭的合作，CFS將傳統需要經年累月數十年的實體實驗與優化流程，壓縮至數週的模擬計算中，將工程、AI與物理模型完美結合：
- 西門子的數據整合：CFS採用Siemens Xcelerator平台，利用 Designcenter NX 進行高精度產品工程設計，並透過Teamcenter 進行產品生命週期管理。這構成了反應爐複雜物理組件的底層數位目錄。
- 輝達的模擬技術：透過NVIDIA Omniverse軟體庫與OpenUSD開放標準，系統將機械設計與傳統物理及 AI 驅動的物理模型相結合。
- 電漿控制 AI 副駕駛：同時，CFS與Google DeepMind合作，利用AI模擬和控制不穩定的核融合電漿。如果說DeepMind是控制電漿的副駕駛，而Siemens與NVIDIA的數位孿生就是架完整的虛擬飛機。
這是一套透過實體運轉數據不斷修正虛擬模型，再回饋發展實體機器的閉環系統，旨將核融合從一個長達數十年的科研項目，快速轉化為可現實的商品。有經驗的人應該可以體會軟體開發過程的冗長艱辛，但就這幾年生成式AI的暴輾下，如同古老手工藝跳進了工業革命2.0/3.0。數位孿生+AI的核融合，融合了實體工程與數位虛擬，快速迭代已由線性成長轉進指數爆發。
CFS的路線不是最狂野、不是最便宜、也不是最簡單，但卻是最接近商業化的核融合技術之一。美國核管會(NRC)2026年4月公布核融合發電是依10CFR30，而非過往核分裂的10CFR50/52，也就是說核電申請審查動輒五年起跳的攔路虎，對核融合已是過眼雲煙了。下一篇，我們來分析第一家取得執照的核融合公司。
（註）美國核能管制法規體系主要由聯邦法律、行政法規、管制指引、以及工業標準四個層級組成。以下為美國核能管制法規的位階與架構：
| 位階層級 | 主要法規 / 文件名稱 | 制定與發布單位 | 法定效力與說明 |
|---|---|---|---|
| Statutes 第一級：聯邦法律 | 1954年Atomic Energy Act、1974年Energy Reorganization Act、2024年ADVANCE Act等 | 國會通過並總統簽署 | 是最高位階法源。確立國家核能政策，授權並創立核管會進行安全監管 |
| Regulations 第二級：行政法規 | 聯邦法規第十篇(Title 10 of the Code of Federal Regulations, 10 CFR)的第一章 | 核管會 | 具法律強制力。屬於聯邦行政法，違反者將面臨核管會民事處份或法律制裁 |
| Guidance/SRP 第三級：管制指引與審查方案 | 管制指引(Regulatory Guides)、標準審查方案(Standard Review Plan)、及技術報告（NUREG系列） | 核管會幕僚與技術部門 | 無法律強制力，但為實務標準，可關係到執照許可審查是否通過等。指導申請者「如何做」才能滿足第二級法規的要求，若不採用則須提出等效的安全證明 |
| Codes & Standards 第四級：工業標準與規範 | 機械工程師學會(ASME)規範、電機電子工程師學會(IEEE)標準、美國核能學會(ANS)標準等 | 專業工程與工業學會 | 技術實作層面。提供具體的工程與設計細節。當這些標準被第三級指引引用、或寫入第二級法規時，即具備實質管制效力 |
整個核能管制法規體系的上面，就是美國的憲法。第一級最重要的幾個聯邦法律，如1954年原子能法是所有核能相關的基本法；1974年的能源改組法，把核能管制獨立分出，成立核管會，核能推廣再加上其他能源，成立能源部；2024年Accelerating Deployment of Versatile, Advanced Nuclear for Clean Energy Act是振興核能的政策法，也是美國的核能工業翻身的法源根本。核管會所有的行政法規屬第二級，都必須在第一級法案的授權範圍內進行，不得逾越，位階違反牴觸者無效。第三級管制指引的定位是提供核管會可接受的方法，業者可以選擇更先進的技術或方法，只要能向核管會證明該方法同樣能達到 10 CFR 法規規定的安全目標即可。第四級是專業標準規範，通常也是第二、三級所認可並採納的基礎。雖說只有前兩級才是真正法律，但這四層級的核能管制法規體系環環相扣，也等同有了實質法律管制的效用
作者介紹｜王曉中
台大土木系畢業，美西北大學環工輻射博士。縱橫產官學研四十餘年，往來中美兩地，歷任原能會客座專家、國科會芝加哥科學組組長、環發會執行祕書等，並在美國核電廠、數家國家實驗室、玉嘉山、小型核能SMR電廠等工作，有二十多年核能安全分析經驗，並在台大土木系等多所學校授課。業餘耕耘文字，當過數種科技刊物總編，拿下國科會首屆科普文學獎，現擔任綠學院綠色帶路人。 （相關報導： 每天認真資源回收，竟都是「做白工」！她道出台灣垃圾分類最令人傻眼的真相 ｜ 更多文章 ）
本文經授權轉載自綠學院（原標題：核能復興十五部曲：揭密全球最大的核融合公司）
