聚变初创公司Helion周四宣布，该公司已获得美国联邦政府1.75亿美元的资金支持，用于研究、开发和制造其聚变电厂所需的先进半导体和电力电子设备。
目前，这类设备在电流通过时会损耗约5%到10%的电能。尽管这些损耗看起来不大，但在像Helion这样的复杂系统中，损耗会不断累积放大。
“如果我们能把这个损耗减半，实际上就相当于聚变系统的输出功率翻倍了，”Helion联合创始人兼首席执行官大卫·基特利（David Kirtley）在接受TechCrunch采访时表示。
Helion一直在争分夺秒地建造其首座电厂Orion，目标是在2028年的截止日期前为微软提供电网电力。此次获得的资金将帮助Helion建设自动化半导体模块、封装和测试产能，以供应目前正在建造的聚变装置。
这条新生产线将建在华盛顿州，将是美国第一条生产这类半导体的生产线，该类半导体不仅用于聚变发电，还广泛应用于制造业、废水处理、医疗及国防领域。
“目前美国没有任何厂商生产这种半导体，”基特利说。“这将彻底推动美国在高压、脉冲型先进半导体领域从零起步、实现大规模发展。”
新资金注入
这笔为期三年的资助由美国商务部根据《芯片法案》（CHIPS Act）发放，该法案是拜登政府时期出台的一项法律，旨在加强美国本土的半导体模块研发与制造能力。除了联邦资金外，Helion还宣布获得了一笔5000万美元的新私募投资，但未披露投资方信息。Helion迄今融资总额已超过32亿美元，是资金实力第二强的聚变初创公司。
基特利向TechCrunch透露，超过1亿美元将用于华盛顿州的半导体与先进封装研发，约8000万美元将用于支持与GlobalFoundries在佛蒙特州开展的先进半导体工具、设计及工艺开发研发工作。此外，GlobalFoundries还单独获得了联邦政府超过8000万美元的资金，用于推进氮化镓半导体的制造，这是一种在电力电子设备中广泛使用的半导体材料。
基特利承认，此次资助所支持的研发成果无法及时应用于Orion电厂的首次启动——联邦合同的谈判往往需要数月时间——但他表示，这些研发成果将有助于提升Helion后续电厂的效率，从而增强其在激烈竞争的电力市场中的竞争力。
效率决定一切
半导体效率是Helion聚变方案的核心所在，该方案直接从聚变反应中获取电能，而不是像传统方式那样利用反应产生的热量加热蒸汽推动涡轮发电。
该初创公司正在开发一种被称为“场反转构型”（field-reversed configuration）的反应堆。聚变燃料被注入一个类似沙漏形状的腔体两端，在那里被加热形成等离子体。随后，利用磁场将两股等离子体相向加速。当它们碰撞时，另一组磁场会进一步压缩等离子体球，将温度提升至超过1亿摄氏度。
在这样的温度和压力下，聚变燃料中的原子开始发生聚变反应，释放能量，并将等离子体向外推送。这一推力作用于磁场，而磁场和电容器则捕获这部分能量并将其转化为电能——其原理类似于混合动力车或电动车利用电动机减速来为电池充电的过程。
Helion表示，这种被称为“直接能量转换”的方法，将有助于未来的反应堆产生比其运行所需更多的电力，而这正是任何聚变电厂要实现商业可行性必须跨越的关键门槛。高效的电力电子设备是实现这一目标的关键环节。
“我们的技术中有一个关键的支撑部分，使我们能够实现这种直接电能回收——即以极高的效率将电能注入聚变反应，并以极快的速度将其回收——那就是现代半导体，”基特利说。“接下来我们要把这项技术提升到新的水平，进一步提高效率。”
能源行业并不是先进电力电子技术唯一能发挥影响的领域。电动汽车是目前应用最广泛的场景。消费电子产品也可能从中受益，尽管其尺寸和功率需求相比Helion的应用场景要小得多。
国防工业也可能是这项技术的受益方之一。随着无人机大规模涌入战场、使现有防空武器系统难以应对，能量武器重新受到关注。美国商务部负责半导体投资与创新事务的负责人比尔·弗劳恩霍费尔（Bill Frauenhofer）在新闻稿中承认，该资助将有助于“为国防、电网传输和先进能源生产等关键应用领域提供能量转换与输送支持”。
尽管存在获得国防合同的潜力，基特利表示Helion仍将专注于向电网供电这一核心目标。“保障国内能源供应、通过能源主导地位实现国家安全，以及能源安全——这是我们的主要关注点，”他说。
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