在億萬富翁的推動下，核聚變進入新時代

3 年，核聚變開發商從比爾·蓋茨和傑夫·貝索斯等人那裡籌集了超過 2021 億美元，他們堅稱這種零碳能源可能在十年內成為現實。

很明顯，核聚變可以大規模發揮作用——看看星星就知道了。 70 年來，物理學家一直夢想以聚變反應堆的形式儲存恆星能量，通過與太陽一樣的無限、零碳反應為電網供電。 這個聖杯長期以來一直被宣傳為只有 20 或 30 年才能實現，但聚變愛好者們拒絕放棄這一信念。 這是有充分理由的。 聚變（將氫原子粉碎成氦）有望提供無限的零碳電力，熔毀風險為零，並且幾乎不會產生與現有裂變核電站（將鈾原子分裂成更小的元素）相關的放射性廢物。 

這個夢想啟發了 Mithril Capital 聯合創始人 Ajay Royan（與億萬富翁 Peter Thiel 一起），他於 2013 年首次向總部位於華盛頓州雷德蒙德的 Helion Energy 投資 2 萬美元，以便其能夠建造一台“重複脈衝功率”機器原型。 自那時起，Mithril 就開始投資 Helion，包括最近的 500 億美元融資（該公司估值為 3 億美元），並承諾如果該公司第七個原型機按預期工作，將再投資 1.7 億美元。 Helion 本輪融資由 Y Combinator 的 Sam Altman 領投。 

2021 年對於聚變融資和預測來說都是重要的一年，開發商籌集了超過 3 億美元來資助他們的下一輪機器——其中一些人現在承諾在短短五年內實現商業上可行的聚變。 羅揚很高興看到融合得到更多關注； “當然，根據谷歌分析，2021 年可能是核聚變的轉折點，但真正的轉折點發生在十年前，當時電力電子技術跨過了一個門檻。” 

首席執行官 David Kirtley 解釋說，Helion 背後的最初研發工作是在聯邦實驗室完成的，Helion 於 2013 年從聯邦實驗室中分離出來。從聯邦研發官僚機構中解放出來後，Helion 一直在不斷地構建新原型。 “創業心態並不好，但這是一個要求。 以及我們從一開始就關注的重點，”柯特利說。

2020 年，Helion 完成了第六個原型反應堆，稱為 Trenta。 該公司目前正在建造第七個“北極星”，同時已經設計了第八個“心宿二”，Kirtley 打算將其成為第一台輸出能量多於吸收能量的聚變機器。除了快速迭代之外，Helion 還受益於當地的專業知識。 該公司在華盛頓州埃弗里特建造北極星機器，靠近波音最大的工廠，在那裡他們可以利用由合同工程師和精密製造商組成的熱情的生態系統。 科特利說，他們早上都在修補、更新系統和給電容器供電。 “每天下午 3 點我們開始進行融合。”

要理解 Helion 的方法，首先考慮當您嘗試將兩個條形磁鐵的正極推在一起時發生的磁斥力。 這一原理使得“磁懸浮”技術得以實現，例如日本著名的子彈頭列車，利用磁斥力漂浮在氣墊上。 

幾十年來，核聚變研究人員一直在尋求設計世界上最強的電磁體，他們用這種電磁體設計了磁場如此強大的反應室，以至於可以將注入的帶正電質子流容納並壓縮到等離子體球中，等離子體球的溫度很高，可以融合成氦。 

在 Helion 的新穎系統中，聚變反應中釋放的能量不斷地向其磁遏制場推出，而磁遏制場又會向後推——引起振盪（“像活塞一樣”，Kirtley 說），從而產生電流，Helion 直接從反應堆捕獲電流。 （有關更多信息，請閱讀法拉第感應定律。） 

Mithril 的 Royan 表示，Helion 直接發電方法的最大吸引力也許在於它的簡單性。 其他聚變方法旨在產生熱量，以便使水沸騰並為蒸汽輪機提供動力，從而發電——就像傳統核電站一樣。 “我們可以在沒有蒸汽輪機或冷卻塔的情況下做到這一點。 我們擺脫了發電廠。” 

可以肯定的是，科特利理解核聚變的懷疑論，尤其是在他激進的時間表周圍。 他在核聚變領域開始了自己的職業生涯，受到 1960 世紀 2008 年代國家實驗室科學家的啟發，這些科學家甚至在晶體管發明之前就在磁遏制領域取得了重大進展（與俄羅斯科學家競爭設計了稱為託卡馬克的環形反應堆）。 但科特利在確定早期方法無法足夠快地發展以產生商業解決方案後失去了信心，因此他開始使用由電磁體控制的等離子射流來研究先進的宇宙飛船推進。 XNUMX 年，他重返該領域，幫助 Helion 技術商業化。 

隨著時間的推移，他設想在工廠製造聚變發電機。 一個 50 兆瓦規模的系統，封裝成三個集裝箱大小的單元，將為 40,000 個家庭供電。 “十年後，我們肯定會出售商業電力。” 

這使得 Helion 與總部位於波士頓的 Commonwealth Fusion Systems 展開競爭，後者是麻省理工學院的衍生公司，從比爾·蓋茨和喬治·索羅斯等投資者那裡籌集了 1.8 億美元。 首席執行官鮑勃·蒙加德 (Bob Mumgaard) 表示，他們將在 6 年內擁有一個正在運行的反應堆。 英聯邦公司在夏季成功測試了採用稀土鋇銅氧化物製成的超導體設計的新型電磁體，這鼓舞了他的樂觀情緒。 

Mumgaard 表示，這些超強磁體將使 Commonwealth 能夠完善其更為傳統的聚變方法，即建造一個甜甜圈形狀的“託卡馬克”反應堆，Mumgaard 稱其為“大磁瓶”，其中強大的磁場控制 100 億度的等離子體球——“恆星物質”。 

全世界大約有150個託卡馬克； 最大的一個是由一個名為 ITER 的國際財團耗資 30 億美元在法國建造的。 這台重達 20,000 萬噸、相當於籃球場大小的機器預計將於 2035 年完工。 

但穆姆加德打算讓英聯邦核聚變在 ITER 完成之前就讓其過時。 其優勢在於稀土氧化銅鋇（又名ReBCO）製成的“高溫”超導體的應用。 

超導體以幾乎零損耗的方式移動電流（例如，比銅效率高得多）。 它們是製造強大電磁體的關鍵。 Commonwealth 發現，通過使用特殊的氧化鋇銅帶（如 VHS 磁帶中的帶子）製造磁鐵，它可以實現比 ITER 預期的磁場更強大的磁場，但規模只有 1/20。 

ITER 的初級磁體（稱為螺線管）重約 400 噸，磁場強於 12 特斯拉，而 Commonwealth 則著眼於 15 噸重的磁體，每個磁體使用 300 公里長的 ReBCO 薄膜膠帶，將產生 20 特斯拉（作為比較，磁共振成像機產生 1.5 特斯拉）。 

“這解鎖了融合機，”穆加德說。 CES 去年夏天測試了磁鐵，並宣稱它“證明”核聚變科學現在幾乎已經完成，剩下的就是建造反應堆了。 “我們非常了解這些材料，並認為我們可以在三年內做到這一點，”穆加德說。 “到 2030 年，我們將看到電網融合。” 

CES 將在馬薩諸塞州佔地 47 英畝的場地上建造其融合機，並已開始採購數千公里的 ReBCO 磁帶。 稀土的供應是否會成為核聚變推廣的限制因素？ 穆加德說不。 “聚變發電廠的稀土含量將少於風力渦輪機。 聚變並不是需要開採或抽取的資源。 這是關於一項技術的。” 

應該有空間容納不止一名融合獲勝者。 其他領先者包括總部位於加拿大並得到傑夫·貝佐斯支持的 General Fusion，該公司今年籌集了 130 億美元。 核聚變遊戲中其他著名的億萬富翁包括尼爾和林登·布魯，他們擁有總部位於聖地亞哥的通用原子公司，幾十年來，該公司一直代表美國能源部運營託卡馬克研究裝置，今年，該公司向 ITER 交付了託卡馬克電磁體的核心部件——一個 1,000 噸的中央螺線管。 還有加利福尼亞州的 TAE Energy，該公司在過去十年中一直在進行 1 億美元的試驗，並在大流行期間籌集了 130 億美元。

聚變技術可能是從政府資助的實驗室開始的，但其成果將不得不依賴私人資金。 華盛頓特區霍金路偉律師事務所 (Hogan Lovells) 合夥人艾米·羅馬 (Amy Roma) 表示，目前懸而未決的“重建更好”法案將包括 875 億美元用於先進核能，但目前該行業將不得不滿足於在能源部，由最近的基礎設施法案資助。 零碳核能也將受益於拜登總統最近的行政命令，該命令呼籲聯邦政府到 2030 年實現“淨零”能源採購。 

傳奇科技投資人 Steve Jurvetson 是 Commonwealth Fusion 的支持者，他在 25 年前為聚變研究寫下了第一張支票，他幾乎為這個長期推遲的夢想很快就會成為現實而感到興奮。 “在它完成之前，會有很多反對者。 然後他們說這是顯而易見的。” 

Mithril 的 Royan 表示，他已經在努力調整自己的框架，以考慮當核聚變成為現實時，世界將會有多麼不同——“想想海水淡化和化肥生產的機會。 這一夜之間從根本上改變了水經濟學，從而改變了農業經濟學。” 他說，這都是人類道路的一部分，“不斷證明馬爾薩斯是個白痴。” 

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