聚变公司OpenStar Technologies近日发表一篇经同行评审的研究论文，重点讨论悬浮偶极反应堆在氘氚(DT)燃料循环中长期面临的中子屏蔽难题。论文提出了两套反应堆方案，分别称为A反应堆和B反应堆。其中，A反应堆规模更大，装机容量为208兆瓦，可产生667兆瓦聚变功率;B反应堆规模较小，装机容量为74.5兆瓦，聚变功率为237兆瓦，更偏向工业应用场景，而非大规模电网供电。
两套方案并不是彼此独立设计出来的，而是来自同一套优化流程。研究团队使用差分进化算法，在十四维设计空间中搜索可行方案，并结合DipolEQ、OpenMC和ASCOT5等工具，分别模拟等离子体平衡、中子输运和快α粒子损失。两座反应堆的主要区别之一在于资本成本上限设定不同，B反应堆的成本上限不到A反应堆的一半。论文虽未明确宣布OpenStar会先建哪一座，但从成本约束看，B反应堆可能更适合作为早期建设方案。
论文的核心工程问题，落在DT反应产生的14.1 MeV高能中子上。这类中子会损伤悬浮超导磁芯，也是悬浮偶极反应堆过去难以进入DT燃料循环设计的重要原因。OpenStar提出使用辐射冷却的钨和碳化硼分层屏蔽结构，使约90%的入射中子能量先沉积在外层钨屏蔽中，尽量减少到达REBCO超导线圈的中子负荷。
在A反应堆设计中，核心磁体峰值磁场可达到23.0 T，同时将REBCO带材峰值拉伸应变控制在0.35%，低于0.4%的材料限值。线圈中承受最高中子通量的部分被设计为“牺牲”部件，达到寿命极限后，整个核心磁体组件将整体取出，更换为翻新后的磁体，预计停机时间少于两周。受损磁体随后可在外部热室中单独维修。研究设定牺牲部件最低寿命为一年，模拟结果显示，如果按年更换，电厂可用率可超过95%。
麻省理工学院等离子体科学与聚变中心核科学与工程教授丹尼斯·怀特(Dennis Whyte)认为，更简便、更快速的部件更换，是商业聚变仍需解决的关键问题之一。他表示，OpenStar提出的维护思路具有独特性，也具备可行性。
磁体能否长时间工作，不只取决于屏蔽，也取决于冷却方式。论文设定核心磁体工作温度为30 K，并采用固液氖冷却槽。由于氖在24.6 K附近具有恒定熔点，热量可随流体更快带走，而不是像固体磁体那样依赖缓慢热扩散。按设计，磁体可悬浮运行超过45分钟，随后对接并充电约5分钟，使两种反应堆的核心磁体占空比均超过90%。
OpenStar还在其Junior实验装置上验证了低场区域磁体塑形方法。该装置是一套由14个REBCO线圈构成的悬浮偶极系统。两种反应堆设计都依赖法拉第工厂新型“Mirai”REBCO带材的预期性能，研究预计其工程电流密度将超过1000 A/mm²，比该公司现有同类产品高约30%。不过，这一数值仍基于现有带材数据推算，并不是已验证的量产规格。
在反应堆容器和燃料增殖方面，两套方案的外层真空容器均采用厚钢筋混凝土穹顶，用于提供粗真空环境并承受磁体结构载荷。内层容器则构成氚增殖包层主体，材料为薄壁Inconel 718合金，面向等离子体一侧覆盖钨涂层。包层与外壁之间预留约两米维护空间。
两座反应堆均以1.1的氚增殖比为目标，并采用氧化锂陶瓷包层。论文指出，液态金属包层如锂铅合金也能实现较高增殖比，但需要更厚包层，可能推高大型反应堆的材料成本。陶瓷包层在其他聚变装置中常因维护频率较高而不占优势，但悬浮偶极反应堆结构较为开放，包层维护相对方便，这一短板有望被削弱。
等离子体加热方案方面，当前设计以离子回旋共振加热为基准。研究也比较了电子回旋共振加热和中性束加热。电子回旋共振加热在偶极实验中使用较多，但回旋管电光转换效率约为30%至40%;离子回旋共振加热效率约为70%，工业供应链也更成熟，不过天线工程更复杂。OpenStar计划在后续实验装置中进一步检验这些技术取舍。
OpenStar目前尚未公布两款反应堆的资本成本或平准化电力成本。论文中的成本模型仍在开发阶段，只给出相对成本关系，而非具体金额。更详细的成本模型、氚增殖包层设计，以及顶部磁体和限幅器设计，也将留待未来研究。论文第一作者汤姆·辛普森表示，这是首次发表由DT燃料驱动的悬浮偶极子封闭工程解决方案。
