在亿万富翁的推动下,核聚变进入新时代

在 3 年从比尔盖茨和杰夫贝索斯等人那里筹集了超过 2021 亿美元后,聚变开发商坚持认为这种零碳能源可能会在十年内成为现实。

很明显,核聚变可以大规模进行——看看星星就知道了。 70 年来,物理学家一直梦想以聚变反应堆的形式装瓶这种恒星能量,这种聚变反应堆可以通过同样无限的零碳反应为电网供电,让阳光普照。 长期以来,这个圣杯一直被宣传为距离我们只有 20 或 30 年的时间,但 Fusion 的粉丝们拒绝放弃这个信念。 并且有充分的理由。 聚变(将氢原子粉碎成氦)承诺无限的零碳电力,零熔毁风险,并且几乎没有与现有核电站相关的放射性废物,这些核电站以裂变(铀原子分裂成更小的元素)运行。 

这个梦想启发了 Mithril Capital 的联合创始人 Ajay Royan(与亿万富翁 Peter Thiel),他于 2013 年首次向位于华盛顿州雷德蒙德的 Helion Energy 投资了 2 万美元,以便它可以建造一个原型“重复脉冲功率”机器。 从那以后,Mithril 一直在对 Helion 进行投资,包括最近的 500 亿美元融资(公司估值为 3 亿美元)——如果该公司的第七个原型按预期工作,则承诺再投资 1.7 亿美元。 Helion 的一轮由 Y Combinator 的 Sam Altman 领投。 

2021 年对于聚变融资和预测来说都是重要的一年,因为开发商筹集了超过 3 亿美元来资助他们的下一轮机器——其中一些现在承诺在短短五年内实现商业上可行的聚变。 Royan 很高兴看到 Fusion 受到更多关注; “根据谷歌的分析,2021 年肯定是核聚变的转折点,但真正的转折点发生在十年前,当时电力电子技术突破了一个门槛。” 

首席执行官 David Kirtley 解释说,Helion 背后的最初研发工作是在联邦实验室完成的,Helion 于 2013 年从中分离出来。从联邦研发官僚机构中解放出来,Helion 从那时起一直在建造新的原型。 “创业心态不好,这是一种要求。 以及我们从一开始就关注的内容,”Kirtley 说。

2020 年,Helion 完成了其第六座原型反应堆,称为 Trenta。 它现在正在建造第七台 Polaris,同时已经设计了第八台 Antares,Kirtley 打算将其打造为有史以来第一台能量超过其吸收的聚变机器。除了快速迭代外,Helion 还受益于当地的专业知识。 它在华盛顿州埃弗雷特制造北极星机器,靠近波音最大的工厂,在那里他们可以利用由合同工程师和精密制造商组成的欢迎生态系统。 Kirtley 说,他们整个上午都在修补、更新系统和给电容器供电。 “每天下午 3 点,我们开始进行融合。”

要理解 Helion 的方法,首先考虑当您试图将两个条形磁铁的正极强加在一起时发生的磁斥力。 正是这种原理使“磁悬浮”技术像日本著名的子弹头列车一样,利用磁斥力漂浮在气垫上。 

几十年来,聚变研究人员一直在寻求设计世界上最强的电磁体,他们设计的反应室具有很强的磁场,可以容纳并压缩注入的带正电荷的质子流到等离子球中,热得使它们融合成氦。 

在 Helion 的新系统中,聚变反应中释放的能量不断地向外推出,逆着它的磁场包容场,然后推回——引起振荡(“就像一个活塞,”Kirtley 说),产生电流,Helion 直接从反应堆中捕获. (有关更多信息,请阅读法拉第感应定律。) 

 

Mithril 的 Royan 说,Helion 直接发电方法的最大吸引力可能在于它的简单性。 其他聚变方法旨在产生热量,以便将水煮沸并为蒸汽轮机提供动力,从而产生电力——就像在传统的核电站中一样。 “我们可以在没有蒸汽轮机或冷却塔的情况下做到这一点。 我们摆脱了发电厂。” 

可以肯定的是,Kirtley 理解融合怀疑论,尤其是围绕他激进的时间表。 他的职业生涯始于聚变领域,其灵感来自 1960 年代国家实验室的科学家,他们甚至在晶体管发明之前就在磁遏制(与俄罗斯科学家竞争设计称为托卡马克的甜甜圈形反应堆)方面取得了重大进展。 但是 Kirtley 在确定早期方法的发展速度不足以产生商业解决方案后失去了信心——所以他开始使用由电磁体控制的等离子射流来研究先进的宇宙飞船推进器。 他于 2008 年重返该领域,帮助将 Helion 的技术商业化。 

随着时间的推移,他设想在工厂制造聚变发生器。 一个 50 兆瓦规模的系统,打包成三个集装箱大小的单元,可为 40,000 个家庭供电。 “10 年后,我们肯定会出售商业电力。” 

这让 Helion 与总部位于波士顿的 Commonwealth Fusion Systems 展开竞争,后者是 MIT 的衍生公司,后者从比尔盖茨和乔治索罗斯等投资者那里筹集了 1.8 亿美元。 CEO Bob Mumgaard 表示,他们将在 6 年内拥有一座可以工作的反应堆。 英联邦夏季成功测试了用稀土钡铜氧化物制成的超导体设计的新型电磁体,这鼓舞了他的乐观情绪。 

Mumgaard 说,这些超强磁体将使 Commonwealth 能够完善他们更传统的聚变方法,即建造一个甜甜圈形的“托卡马克”反应堆,Mumgaard 称之为“大磁瓶”,其中强大的磁场控制着 100 亿度的等离子体球——“明星的东西。” 

全世界大约有 150 个托卡马克; 最大的一个正在法国由一个名为 ITER 的国际财团以 30 亿美元建造。 这台篮球场大小的 20,000 吨机器计划于 2035 年完工。 

但是 Mumgaard 打算让 Commonwealth Fusion 在 ITER 完成之前就让它过时。 它的优势在于应用由稀土钡铜氧化物(又名 ReBCO)制成的“高温”超导体。 

超导体以几乎零损耗的方式移动电流(例如,比铜更有效)。 它们是制造强大电磁体的关键。 Commonwealth 发现,通过使用特殊的氧化钡铜带(就像 VHS 磁带中的带子)制造磁铁,它可以实现比 ITER 预期的更强大的磁场,但只有 1/20 的规模。 

ITER 的初级磁铁(称为螺线管)重约 400 吨,产生的磁场强度超过 12 特斯拉,而英联邦则着眼于 15 吨的磁铁,每个磁铁使用 300 公里的 ReBCO 薄膜胶带,这将产生 20 特斯拉(相比之下,磁共振成像机做 1.5 特斯拉)。 

“这解锁了融合机器,”Mumgaard 说。 CES 去年夏天对磁铁进行了测试,并宣布它“证明”聚变科学现在几乎已经完成,剩下的就是建造反应堆。 “我们非常了解这种材料,并认为我们可以在三年内做到这一点,”Mumgaard 说。 “到 2030 年,我们将看到电网融合。” 

CES 将在马萨诸塞州占地 47 英亩的场地上建造其融合机器,并且已经在努力采购数千公里的 ReBCO 磁带。 稀土的可用性会成为核聚变推出的限制因素吗? 不,Mumgaard 说。 “与风力涡轮机相比,聚变厂的稀土含量将更少。 Fusion 与您需要开采或抽取的资源无关。 这是一种技术。” 

应该有不止一位融合获胜者的空间。 其他领导者包括总部位于加拿大并由杰夫贝索斯支持的通用融合公司,该公司今年筹集了 130 亿美元。 聚变游戏中其他著名的亿万富翁是尼尔和林登布鲁,他们拥有总部位于圣地亚哥的通用原子公司,几十年来一直代表美国能源部经营托卡马克研究,今年向 ITER 交付了托卡马克电磁铁的内部结构——一个 1,000 吨的中央电磁阀。 还有加利福尼亚州的 TAE Energy,它在过去十年中一直在试验 1 亿美元,并在大流行期间筹集了 130 亿美元。

融合技术可能是从政府资助的实验室开始的,但它的成果将不得不依赖私人资金。 华盛顿特区霍金路伟 (Hogan Lovells) 的合伙人艾米·罗马 (Amy Roma) 表示,现在处于不确定状态的“重建更好”法案将包括用于先进核能的 875 亿美元,但就目前而言,该行业将不得不接受新的先进反应堆示范办公室。能源部,由最近的基础设施法案资助。 零碳核能也将受益于拜登总统最近的行政命令,该命令要求联邦政府到 2030 年将能源采购“净零”。 

传奇科技投资人史蒂夫·尤尔维森 (Steve Jurvetson) 是英联邦 Fusion 的支持者,他在 25 年前为核聚变研究开出了他的第一张支票,他几乎为这个被推迟已久的梦想很快成为现实而感到头晕目眩。 “在完成之前,有很多反对者。 然后他们说这很明显。” 

Mithril 的 Royan 说他已经在努力调整他的框架,以考虑当核聚变真正实现时世界会有多么不同——“想想海水淡化和化肥生产的机会。 这在一夜之间从根本上改变了水经济学,从而改变了农业经济学。” 他说,这是人类道路的一部分,“不断证明马尔萨斯是个白痴。” 

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资料来源:https://www.forbes.com/sites/christopherhelman/2022/01/02/fueled-by-billionaire-dollars-nuclear-fusion-enters-a-new-age/