شرکت کامن‌ولث فیوژن سیستمز برای تأمین مالی راکتور آزمایشی اسپارک، ۱ میلیارد دلار جذب کرد

در داخل یک تأسیسات وسیع در دِوِنز، ماساچوست، یک محفظه خلأ فلزی دونات‌شکل تقریباً ۸۰ درصد تکمیل شده است. این دستگاه «اسپارک» (SPARC) نام دارد، یک ماشین آزمایشی که برای نگهداری پلاسمایی ستاره‌مانند با دمایی داغ‌تر از خورشید طراحی شده است. اسپارک سخت‌افزار شاخص شرکت کامن‌ولث فیوژن سیستمز (Commonwealth Fusion Systems)، یک شرکت نوپا که از دانشگاه ام‌آی‌تی (MIT) منشعب شده و شش سال گذشته را صرف تجاری‌سازی همجوشی هسته‌ای با محصورسازی مغناطیسی کرده است. در تاریخ ۳۰ ژوئیه ۲۰۲۶، این شرکت تزریق سرمایه عظیمی را اعلام کرد: یک دور تأمین مالی سهام به ارزش ۱ میلیارد دلار که مجموع سرمایه آن را به ۴ میلیارد دلار می‌رساند. این حجم عظیم از سرمایه، کامن‌ولث را به پرهزینه‌ترین شرکت خصوصی همجوشی در جهان تبدیل می‌کند که تقریباً ۳۰ درصد از کل سرمایه‌گذاری‌های انجام شده در این بخش را به خود اختصاص داده است.[1][3]

از نظر تاریخی، انرژی همجوشی توسط شرکت‌های سرمایه‌گذاری خطرپذیر ثروتمند و میلیاردرهای فناوری تأمین مالی می‌شد که مایل بودند روی پیشرفت‌های فیزیکی پرریسک و پیش از درآمدزایی شرط‌بندی کنند. دورهای اولیه تأمین مالی کامن‌ولث کاملاً با این الگو مطابقت داشت و چک‌های بزرگی از تایگر گلوبال، بیل گیتس و گوگل جذب کرد. اما این ۱ میلیارد دلار اخیر توسط دسته‌ای کاملاً متفاوت از سرمایه‌ها هدایت شد: صندوق‌های بازنشستگی، صندوق‌های ثروت دولتی و شرکای متمرکز بر زیرساخت. این‌ها سرمایه‌گذاران نهادی هستند که به طور سنتی ریسک‌پذیر نیستند و افق زمانی بلندمدت دارند و معمولاً پروژه‌هایی مانند جاده‌های عوارضی، مزارع خورشیدی تثبیت شده و ارتقاء شبکه‌های برق را تأمین مالی می‌کنند – نه فیزیک پلاسمای تجربی.[1][3][4]

ورود سرمایه‌های دولتی و بازنشستگی به حوزه همجوشی، نشان‌دهنده یک تغییر محاسبه‌شده در نحوه نگرش بخش مالی به این فناوری است. به جای برخورد با همجوشی صرفاً به عنوان یک آزمایش علمی پرریسک، این حامیان نهادی شروع به پذیرش آن به عنوان یک دارایی زیرساختی آینده کرده‌اند. باب مامگارد، مدیرعامل کامن‌ولث، اشاره کرد که این سرمایه‌گذاران جذب چشم‌انداز تأمین مالی ناوگانی از نیروگاه‌های تجاری در آینده شده‌اند. با این حال، تفکیک قابلیت‌های سخت‌افزاری فوری شرکت از زبان بازاریابی بلندمدت آن بسیار حیاتی است. ۱ میلیارد دلار سرمایه جدید، امروز صرف تأمین مالی یک نیروگاه تجاری نمی‌شود.[1][4]

در عوض، این سرمایه عمدتاً برای تکمیل اسپارک، راکتور آزمایشی که در حال حاضر در ماساچوست در دست ساخت است، اختصاص یافته است. اسپارک برای اثبات یک نقطه عطف فیزیکی خاص و دست‌نیافتنی طراحی شده است: نقطه سربه سر علمی، یا دستاورد انرژی خالص. در اصطلاحات همجوشی، این به عنوان Q > ۱ شناخته می‌شود، به این معنی که راکتور انرژی بیشتری از واکنش همجوشی تولید می‌کند تا انرژی که برای گرم کردن پلاسما تزریق شده است. مامگارد اخیراً اظهار داشت که اسپارک در مسیر شروع عملیات در سال آینده قرار دارد، با هدف نمایش دستاورد انرژی خالص در سال ۲۰۲۷. در صورت موفقیت، این امر مدل فیزیکی اصلی را که کامن‌ولث قصد دارد آن را مقیاس‌بندی کند، تأیید خواهد کرد.[1][2][5][6]

مکانیسم پشت اسپارک متکی بر طراحی راکتوری به نام توکامک است، یک مفهوم دوران شوروی که از میدان‌های مغناطیسی قدرتمند برای محصور کردن پلاسمای فوق‌گرم ایزوتوپ‌های هیدروژن استفاده می‌کند. از آنجایی که پلاسما باید به دمای بیش از ۱۰۰ میلیون درجه سانتیگراد برسد تا ایزوتوپ‌ها مجبور به همجوشی شوند، هیچ ماده فیزیکی روی زمین نمی‌تواند آن را در خود نگه دارد. پلاسما باید در یک قفس مغناطیسی معلق بماند تا از تماس با دیواره‌های محفظه خلأ جلوگیری شود. در حالی که طراحی توکامک برای دهه‌ها مورد مطالعه قرار گرفته است، ابرپروژه‌های سنتی با بودجه عمومی، مانند تأسیسات ایتر (ITER) در فرانسه، به آهنرباهای ابررسانای عظیم و دمای پایین متکی بوده‌اند که برای دستیابی به دستاورد انرژی خالص به مقیاس بسیار بزرگی نیاز دارند.[2][6]

نوآوری فنی اصلی کامن‌ولث، خود توکامک نیست، بلکه آهنرباهایی است که برای ایجاد قفس استفاده می‌شوند. این شرکت از نوار ابررسانای دمای بالا (HTS) ساخته شده از اکسید مس ایتروم باریم (YBCO) برای ساخت آهنرباهای الکتریکی استفاده می‌کند که میدان مغناطیسی ۲۰ تسلا تولید می‌کنند. این آهنرباهای پیشرفته می‌توانند در دماهای کمی بالاتر کار کنند و میدان‌های مغناطیسی بسیار قوی‌تری نسبت به فناوری‌های قدیمی تولید کنند. با افزایش چشمگیر قدرت محصورسازی مغناطیسی، کامن‌ولث می‌تواند یک راکتور بسیار کوچک‌تر و فشرده‌تر بسازد که از لحاظ نظری همان عملکرد پلاسما را با تأسیساتی ده برابر بزرگتر به دست می‌آورد و مسیر تجاری‌سازی را تسریع می‌کند.[6]

با این حال، یک نگاه شکاکانه به چشم‌انداز همجوشی مستلزم تمایز قائل شدن بین نقطه سربه سر علمی و قابلیت تجاری است. اگر اسپارک در سال ۲۰۲۷ به Q > ۱ دست یابد، این یک دستاورد تاریخی در فیزیک پلاسما خواهد بود، اما حتی یک وات برق هم برای شبکه تولید نخواهد کرد. انرژی تولید شده توسط اسپارک به شکل گرما خواهد بود و راکتور آزمایشی به توربین‌ها یا مبدل‌های حرارتی لازم برای تبدیل آن انرژی حرارتی به برق مجهز نیست. این یک ماشین اثبات مفهوم است که برای کار در انفجارهای کوتاه طراحی شده، نه عملیات پیوسته.[1][6]

علاوه بر این، نقطه سربه سر علمی تنها انرژی تزریق شده مستقیماً به پلاسما را در نظر می‌گیرد. این معیار، میزان عظیم برق «مصرفی» مورد نیاز برای خنک کردن آهنرباهای ابررسانا، راه‌اندازی پمپ‌های خلأ و عملیات سیستم‌های پشتیبانی تأسیسات را در نظر نمی‌گیرد. دستیابی به نقطه سربه سر مهندسی – جایی که کل نیروگاه برق بیشتری نسبت به مصرف خود تولید کند – یک مانع بسیار دشوارتر باقی می‌ماند که اسپارک برای عبور از آن طراحی نشده است. گذار از یک پلاسمای با دستاورد خالص به یک نیروگاه با دستاورد خالص، شامل حل مجموعه‌ای از چالش‌های مهندسی بی‌سابقه است که فراتر از محصورسازی مغناطیسی هستند.[6]

یکی از جدی‌ترین چالش‌ها، تخریب مواد است. همجوشی ایزوتوپ‌های دوتریوم و تریتیوم، نوترون‌های بسیار پرانرژی آزاد می‌کند که به دیواره‌های داخلی راکتور برخورد می‌کنند. با گذشت زمان، این شار نوترونی، یکپارچگی ساختاری محفظه فلزی را تخریب کرده و آن را شکننده و رادیواکتیو می‌کند. یک نیروگاه همجوشی تجاری باید با مواد پیشرفته‌ای ساخته شود که قادر به تحمل این بمباران بی‌وقفه برای سال‌ها باشند، در حالی که امکان استخراج کارآمد گرما برای به حرکت درآوردن توربین‌های بخار را نیز فراهم کنند. علم مواد مورد نیاز برای این عملیات پیوسته هنوز در مراحل اولیه خود قرار دارد.[6]

یک مانع حیاتی دیگر، چرخه سوخت است. در حالی که دوتریوم را می‌توان به راحتی از آب دریا استخراج کرد، تریتیوم یک ایزوتوپ کمیاب و رادیواکتیو است که به مقدار قابل توجهی در طبیعت وجود ندارد. یک راکتور همجوشی تجاری باید تریتیوم خود را با احاطه کردن محفظه پلاسما با یک «پوشش» لیتیومی تولید کند. هنگامی که نوترون‌های پرانرژی به لیتیوم برخورد می‌کنند، تریتیوم تولید می‌کنند که سپس باید جذب شده و دوباره به راکتور بازگردانده شود. نمایش یک چرخه تولید تریتیوم با حلقه بسته در مقیاس تجاری، پیش‌نیاز همجوشی تجاری است و این قابلیتی است که کامن‌ولث باید در طرح‌های نسل بعدی خود آن را اثبات کند.[6]

کامن‌ولث این شکاف‌ها را تأیید می‌کند و اسپارک را به عنوان یک گام ضروری برای محصول نهایی خود یعنی «آرک» (ARC) معرفی می‌کند. آرک طرح اولیه این شرکت برای یک نیروگاه همجوشی تجاری ۴۰۰ مگاواتی است که امیدوار است در اوایل دهه ۲۰۳۰ آن را مستقر کند. ۱ میلیارد دلار سرمایه جدید، صرف تأمین مالی نمونه‌های اولیه سیستم، توسعه زنجیره تأمین و آماده‌سازی سایت برای اولین تأسیسات آرک می‌شود، که در حال حاضر در مرحله اخذ مجوز برای مکانی در شهرستان چسترفیلد، ویرجینیا، قرار دارد. یک نیروگاه ۴۰۰ مگاواتی برق پایدار و قابل توزیع کافی برای تأمین انرژی صدها هزار خانه تولید می‌کند، عملکردی شبیه به یک تأسیسات گاز طبیعی با اندازه متوسط، اما بدون انتشار کربن.[1]

وعده آرک از قبل، حتی پیش از تأیید کامل فیزیک زیربنایی در مقیاس، توجه تجاری قابل توجهی را به خود جلب کرده است. کامن‌ولث قراردادهای خرید برق را برای بیش از نیمی از خروجی الکتریکی مورد انتظار از اولین نیروگاه آرک تضمین کرده است. غول فناوری گوگل و کنسرسیوم انرژی ایتالیایی اِنی (Eni) از جمله خریداران هستند، در حالی که دامینین انرژی (Dominion Energy) به عنوان یک شریک استراتژیک برای سایت ویرجینیا قرارداد امضا کرده است. این قراردادهای خرید، درآمد آتی تضمین شده‌ای را برای کامن‌ولث فراهم می‌کنند تا به سرمایه‌گذاران نشان دهد، در حالی که به خریداران شرکتی اجازه می‌دهند تا منابع آتی برق پاک را برای تأمین انرژی مراکز داده‌ای که به طور فزاینده‌ای انرژی‌خواه هستند، تضمین کنند.[4]

با وجود سرازیر شدن سرمایه‌های نهادی و مشارکت‌های شرکتی، جدول زمانی برای همجوشی تجاری همچنان بسیار مورد مناقشه است. زبان بازاریابی کامن‌ولث اغلب این فناوری را در حال گذار از «غیرممکن به اجتناب‌ناپذیر» توصیف می‌کند و اتصال به شبکه برق را در دهه ۲۰۳۰ پیش‌بینی می‌کند. اما کارشناسان در مورد اینکه همجوشی واقعاً چقدر زود می‌تواند تجاری شود، عمیقاً اختلاف نظر دارند. رقبایی مانند تایپ وان انرژی (Type One Energy) و هیلیون (Helion) با طرح‌های راکتوری متفاوت – مانند استلاریتورها و پیکربندی‌های میدان معکوس – به سمت اهداف مشابهی در حال رقابت هستند، اما هیچ‌کدام هنوز اثبات نکرده‌اند که فناوری‌شان می‌تواند به احتراق دست یابد، چه رسد به اینکه در مقیاس تجاری سودآور عمل کند.[1][3]

در نهایت، دور تأمین مالی ۱ میلیارد دلاری گواهی بر فوریت فزاینده گذار جهانی انرژی و مقیاس عظیم پاداش بالقوه آن است. اگر کامن‌ولث بتواند با موفقیت فناوری آهنربای HTS خود را مقیاس‌بندی کند و درس‌های اسپارک را به یک نیروگاه آرک عملیاتی تبدیل کند، می‌تواند مسیر تولید انرژی جهانی را به طور اساسی تغییر دهد. اما در حال حاضر، این شرکت در حال فروش یک وعده با سرمایه بالا است. آزمون واقعی در سال ۲۰۲۷ فرا خواهد رسید، زمانی که راکتور اسپارک روشن شود و تلاش کند تا یک ستاره کنترل شده و با دستاورد خالص را در داخل یک قفس فلزی در ماساچوست به وجود آورد.[1][2][4]