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核聚变:梦想与现实的较量

除了最近红到发紫的ChatGPT之外,微软再次下注“核聚变”。

5月10日,核聚变初创公司Helion Energy在官网宣布,微软已同意从公司首座核聚变发电站购买电力。

作为电力购买协议的一部分,Helion Energy承诺在2028年之前开始通过核聚变发电,并在一年之后为微软提供目标为至少50兆瓦的发电量,否则将支付罚金。

50兆瓦的电力数量虽小但意义重大。据了解,目前并没有核聚变公司在提供电力。因此,微软和Helion Energy的交易消息一出,美国聚变行业协会首席执行官安德鲁·霍兰德(Andrew Holland)就表示,微软与Helion Energy的协议对整个核聚变行业具有重要意义。甚至还有外媒评论认为,这可能为世界上第一座核聚变电厂铺平道路

尽管乐观的情绪占据主导地位,但也不乏质疑的声音。尤其值得关注的是,Helion Energy尚未公开其是否已经成功通过核聚变过程中的首个重大突破,即从该过程产生的能量中获取的能量是否超过了驱动它本身所需的能量。

数十年来,科学家们对于何时能见证第一座核聚变发电厂的预期,从几十年到本世纪末,时间的预估一直在变化。去年底,在钛媒体主办的2022T-EDGE暨钛媒体10年致敬庆典上,我国知名院士杜祥琬表示,从理论和实践的角度看,人类离实现可控核聚变的实用化还有很长的路要走,他预测在本世纪内可能会有所突破。

为什么是Helion Energy

目前人们了解到的核聚变有两种:一种是恒星,比如太阳上产生的聚变;另外一种核聚变方式则是氢弹,它需要通过核裂变(原子弹爆炸)的方式在瞬间创造出高温、高压且短时间封闭的环境来引发核聚变。

不过,氢弹属于不可控核聚变,不能用来发电,而受控核聚变则是将核聚变反应控制在安全范围内,也是人们所说的“人造太阳”。

然而,在人类探索人造太阳的领域中,有一个难以忽视的问题,即尽管核聚变所释放的能量巨大,但整个可控核聚变过程也消耗了大量的能量。要解决这一问题,关键在于使反应过程实现自我维持,使得输出的能量超过输入的能量,并使这一过程能够持续而非短暂地执行。唯有如此,核聚变才能够成为一种可利用的能源。

几十年来,科学家们一直在努力做到这一点。在这一过程中主要通过两种途径:一种是惯性约束聚变,主攻方向是激光聚变;另一种则是磁约束聚变,主攻方向是托卡马克装置,比较知名的包括美国的DIII-D、日本的JT-60SA、英国的JET、中国的东方超环(EAST)和环流器2M(HL-2M)、韩国的KSTAR,以及正在建设的ITER和SPARC等。

但Helion Energy并未使用这两种方法,而是正在开发一种称为“等离子加速器”的6×40 英尺的杠铃形状的设备,可将燃料加热至 1 亿摄氏度。它将氘(氢的一种同位素)和氦 3 加热成等离子体,然后使用脉冲磁场压缩等离子体直到发生聚变。

Helion Energy强调,这款设备最终具备重新捕获激发反应所需电能的能力,这些电能可以被利用为设备的磁铁充电。Helion Energy的创始人及首席执行官大卫·柯特利(David Kirtley)进一步指出,他们通过电力回收来实现对所有投入聚变能量的利用,从而有望构建出更为小巧、价格更低廉的系统,并加快其迭代速度。

迄今为止,Helion Energy已经开发并测试了六种原型,目前正在建造第七个“北极星”(Polaris)预计2024年将展示利用这种反应发电的能力。

不过,想要完成这一项目,除了技术突破之外,Helion Energy还需要巨额资金支持。

作为一家从事核聚变发电技术的初创公司,Helion Energy已经筹集了5.77 亿美元的风险投资,其中最大的一笔来自于2021 年 11 月宣布的 5 亿美元E轮融资,这轮融资由Y Combinator前总裁兼OpenAI现任首席执行官山姆·阿尔特曼(Sam Altman)领投。

据《华盛顿邮报》报道,阿尔特曼是 Helion Energy的董事会主席和最大的投资者,他可能参与了 Helion Energy与微软的购电协议的过程。

商业公司追逐“人造太阳”

在过去几十年里,核聚变研究主要依赖政府和大型项目的资助,其中包括美国国家点火装置(NIF)项目以及在法国实施的国际热核聚变实验堆(ITER)合作项目。

在过去的历程中,尽管有过一些初创公司在早期出现,但却并未得到广泛的关注。据英国原子能管理局在一份报告中所揭示的信息,在整个20世纪90年代,仅有两家私人核聚变公司得到了发展。

不过,近年来核聚变装置紧凑化、小型化的发展趋势,为商业资本的进入提供了可能,也点燃了资本对可控核聚变的热情。

比尔·盖茨参与了Commonwealth Fusion Systems(CFS)的融资,其创立的可持续能源投资基金 Breakthrough Energy Ventures也投资了Type One Energy;杰夫·贝佐斯投资了加拿大温哥华的General Fusion核聚变公司;腾讯投资了英国的核聚变技术明星公司First Light Fusion;去年7月,谷歌和雪佛龙公司宣布共同领投了核聚变初创公司TAE Technologies 2.5亿美元的融资;除此之外,德国的Marvel Fusion、日本的EX-Fusion 、美国的Zap Energy都接连宣布了融资消息。

在国内,核聚变领域融资也不少见。

去年2月份,能量奇点获得将近4亿人民币的天使轮融资,投资方是米哈游、蔚来资本、红杉种子、蓝驰创投;紧接着6月份,星环聚能获得数亿人民币的天使轮融资,投资方包括顺为资本、昆仑资本、中科创星等;11月,脱胎于上海交通大学高温超导团队的翌曦科技也完成了5000万元种子轮融资,由中科创星领投,合力投资、泓昇基金等跟投。

有了资本的加持,初创公司们也纷纷给自己定下了发展目标,除了Helion Energy预计其第七代“北极星”原型机最早将于2024年成为世界上第一个展示净发电量的聚变发电机之外,TAE Technologies表示到 2030 年将具有商业可行性,CFS 公司也希望在2030年前后建立一个小型聚变发电厂,实现并网发电,开启商业化进程。

作为一个门槛极高的行业,可控核聚变还存在着资金、技术等诸多难题需要攻破,就像柯特利所说,“事实是核聚变很难,建造新的电厂很难,首创任何事物都很难。这也是我们今天努力走在前面,努力去解决所有这些问题的原因之一。”

不过,作为一个长达数十年的命题,大幕才刚刚拉开。在投资人们的大胆押注下,或许我们可以期待可控核聚变商业化能够很快出现。

(本文首发钛媒体App,作者|韩敬娴,编辑|张敏)

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