三阿爾琺能源核聚變技術(shù)“里程碑”式的進展

2021年4月8日，位于美國加州Foothill Ranch，世界最大的私營核聚變能源公司三阿爾法能源(TAE)宣布，它的核聚變技術(shù)實現(xiàn)了具有里程碑意義的進展：在一個緊湊型反應堆專利設計的核聚變裝置內(nèi)，在5000萬攝氏度以上的溫度下產(chǎn)生了穩(wěn)定的等離子體，這個設計可擴展為具有競爭力的聚變發(fā)電裝置[1]。它進一步增強了對TAE技術(shù)商業(yè)化道路的信心，幫助該公司籌集了2.8億美元的額外資金。加上前幾輪融資，目前TAE已從某些全球最富有經(jīng)驗的投資者那里籌集的資金超過8.8億美元。

世界核新聞、PM、TechCrunch、路透社網(wǎng)站也對此作了報道[2，3]。

諾曼聚變裝置

最新的融資，可直接使TAE走上實現(xiàn)其最新、科學里程碑的道路：從氫-硼(又稱H-B11或p-B11)反應核燃料循環(huán)，即用地球上最豐富、環(huán)保的燃料，提供無碳的基荷能源，有能力保證全球能源需求供應幾千年。

這個成功至關重要，證實TAE專利技術(shù)有個重要的區(qū)分標識：等離子體約束與反應堆溫度之間“正”相關，意味著該公司緊湊的線性配置，隨著溫度升高，改善對等離子體的約束。TAE公司現(xiàn)已證實，通過產(chǎn)生這種穩(wěn)定的高溫等離子體，它的獨特方法可以擴展，在十年之內(nèi)，使商業(yè)核聚變發(fā)電裝置具備經(jīng)濟可行所需的條件。

這次籌集的資金，部分用于開發(fā)名為“哥白尼”的示范設施。它的正常運行溫度將超過1億攝氏度，以模擬傳統(tǒng)的氘-氚(D-T)燃料循環(huán)的凈能量生產(chǎn)。哥白尼裝置將為TAE公司的技術(shù)獲得D-T聚變許可提供機會，同時擴展到利用p-B11的最終目標。

所得款項也將用于加快TAE顛覆性電源管理技術(shù)的商用化。它源自其聚變項目的電力輸出系統(tǒng)，這個技術(shù)將用于擴大電動交通工具增程、提效和更快充電，也可用于住宅、商業(yè)、工業(yè)和公用事業(yè)規(guī)模的網(wǎng)絡。

繼續(xù)提供這些科學成果，推動TAE以更快的速度獲得資金，包括僅在今年已籌集的1.3億美元。廣泛的全球支持，來自現(xiàn)有投資者以及新的戰(zhàn)略合作伙伴、主權(quán)財富基金(政府)、機構(gòu)投資者和遍布全球的家族理財室。該公司的股東包括Vulcan、Venrock、NEA、Wellcome Trust、Google、Kuwait Investment Authority，還有Addison Fischer、Art Samberg、Charles Schwab等家族理財室。

TAE根據(jù)規(guī)劃，為實現(xiàn)特定項目目標分批獲得資金。這種“按里程碑付款”的方式，使公司在其20多年的發(fā)展進程中，都能按時完成(或低于)預算。

商業(yè)核聚變里程碑

為公用事業(yè)規(guī)模的電力開發(fā)核聚變能源，需要在“足夠熱”的溫度下約束等離子體“足夠長”的時間，以實現(xiàn)核聚變反應。TAE目前的“諾曼”平臺(裝置)，在為期18個月的測試期內(nèi)，預期目標幾乎翻了一番，而且現(xiàn)已證明達到5000萬攝氏度以上溫度的“一致性”。重復了幾百個試驗循環(huán)，即在一個緊湊的機器內(nèi)，擴展到滿功率裝置，非常具有經(jīng)濟吸引力。

“諾曼”核聚變裝置

2015年，TAE的上一臺機器驗證了公司的方法，可以使等離子體維持無限長時間(也就是“足夠長”)。有了這個最新的里程碑，TAE現(xiàn)在已經(jīng)開啟“足夠熱”的條件，可擴大到展示反應堆級的特性。

TAE首席執(zhí)行官米希爾·本德鮑爾(Michl Binderbauer)說，“這是個令人難以置信的、有價值的里程碑，也是向我已故導師諾曼·羅斯托克(Norman Rostoker)遠見卓識的致敬。”“諾曼和我在上個世紀90年代寫過一篇論文，從理論上說明，以高能粒子為主的某個等離子體，應該隨著溫度升高，變得越來越受約束而且穩(wěn)定。我們現(xiàn)在已經(jīng)能夠用非常明確的證據(jù)，證明這種等離子體的品性。這是對我們過去30年工作的有力確認，也是TAE非常關鍵的里程碑，證明物理定律是支持我們的。”

本德鮑爾還說，“諾曼里程碑使我們高度確信，我們的獨特方法，使核聚變不但在技術(shù)上，更重要是在經(jīng)濟上可以‘掌控’。”“隨著我們在我們的聚變和電源管理技術(shù)兩個方面，從科學驗證階段轉(zhuǎn)向工程商用規(guī)模的解決方案，TAE將成為整個能源網(wǎng)現(xiàn)代化的重要貢獻者。”

TAE董事與長期投資者艾迪森·費希爾(Addison Fischer)說，“TAE正在培育滿足21世紀需求的‘奇跡’。”“TAE公司最近有資金支持它采取‘倒數(shù)第二步’，實施‘無中子核聚變’和電源管理方案，這將造福全球。”幾十年來，費希爾一直關注環(huán)保和環(huán)境問題，還創(chuàng)立了VeriSign[4]， 也是以現(xiàn)代電子商務為基礎，定義和實施安全技術(shù)的先驅(qū)。

“諾曼”是TAE耗資1.5億多美元的第五代國家實驗室規(guī)模的核聚變裝置，實現(xiàn)的里程碑，是精心設計的一系列行動的一部分，包括超過2.5萬個完全集成的核聚變反應堆核心實驗。這些實驗對采用的最先進計算流程進行了優(yōu)化，包括正在與谷歌進行合作的機器學習(生成驗光師算法[5])，和能源部INCITE項目合作，利用E級超算[6]的處理能力。公司的獨立科學專家組審查、認可了這個里程碑式的結(jié)果。專家組包括多年來、多位諾貝爾獎得主和麥克斯韋爾獎得主，以及董事會成員。其中包括Jeffrey Immelt(杰弗里·伊梅爾特，GE前首席執(zhí)行官)、John Mack(約翰·馬克，摩根·士丹利前首席執(zhí)行官)、Richard Meserve(理查德·梅澤夫，卡內(nèi)基科學研究所名譽主席，美國NRC前主席)、Ernest Moniz(歐內(nèi)斯特·莫尼茲，美國前能源部長)以及其他多人。

肩負使命的公司

TAE 技術(shù)公司成立于1998年，旨在盡快實現(xiàn)安全、經(jīng)濟、環(huán)保的核聚變發(fā)電商業(yè)化。TAE擁有900多項已頒發(fā)的專利，超過8.8億美元的私人資本，以及“第六代”國家實驗室規(guī)模的設備，現(xiàn)在正處于提供一種能夠維持地球幾個世紀轉(zhuǎn)型能源的邊緣。該公司的革命性方法導致在電源管理、電力移動、生命科學等領域相鄰的商業(yè)創(chuàng)新的強大組合。TAE總部設在加利福尼亞州的Foothill Ranch，在瑞士盧塞恩設有國際辦事處。TAE本質(zhì)上靠多學科和任務驅(qū)動，利用專利科學和工程設計，為所有人創(chuàng)造光明的未來。

TAE技術(shù)公司是全球性的、體制上私營支持的企業(yè)，其進展在很大程度上是保密和專利性的。

結(jié)語

TAE公司多年來一直“默默無聞”地做研究，一旦泄露風聲即引起關注。關鍵在于它的核聚變技術(shù)設計是“無中子”核聚變：不(或很少)產(chǎn)生中子，所以沒有(或很少)顯著的放射性產(chǎn)物;靠電磁，而無需另外的傳熱介質(zhì)(蒸汽)旋轉(zhuǎn)汽輪機等設備，所以簡單;按投入的燃料質(zhì)量計，聚變釋放的能量與鈾-235裂變反應相近;燃料資源幾乎是無限的，發(fā)電效率超過80%，致使電力成本比燃煤發(fā)電還低，好得簡直令人“難以置信”，所以特別值得關注。

聚變業(yè)內(nèi)人士并不看好這種方案，原因是實現(xiàn)“受控”核聚變的溫度高幾個數(shù)量級。最近全世界多個核聚變裝置聲稱即將實現(xiàn)凈正能量輸出，要進行發(fā)電裝置設計，但還有許多難點需要克服。所以世界應對全球氣候變化和能源轉(zhuǎn)型，并沒有把寶壓在核聚變上。

但是，TAE取得的“里程碑”式進展值得關注，原因在于它所需的保持時間“足夠長”已經(jīng)滿足;而“足夠熱”條件已經(jīng)開啟。“TAE公司現(xiàn)已證實……它的獨特方法可以擴展，在十年之內(nèi)，使商業(yè)核聚變發(fā)電裝置具備經(jīng)濟可行所需的條件。”這個十年值得“期待”。

TAE聚集裝置的特點之一是小型、簡單、緊湊，包括可移動，不和許多傳統(tǒng)的大型聚變機器競爭市場。在以可再生能源(太陽能+風能+儲能)系統(tǒng)為主的未來能源世界，這個特點也非常珍貴……

世界各國對科學技術(shù)的發(fā)展，多采取“中性”立場，政府和學界對不同學派，持寬容、“百家爭鳴”態(tài)度。在核聚變技術(shù)的開發(fā)過程中，再次證明了這種方針是有遠見、科學的。

資料與注釋：

1. TAE Technologies, Fusion Energy Milestone from TAE Technologies Validates Path to Cost-Competitive Carbon-Free baseload Energy Company Raises Additional $280M for Reactor-Scale Demonstration Facility, April 8, 2021.

2. WNN, TAE reaches 'hot enough' plasma milestone, 09 April 2021; CAROLINE DELBERT, This Nuclear Reactor Just Made Fusion Viable by 2030. Seriously., Popular Mechanics, APR 8, 2021.

3. Jonathan Shieber, Claiming a landmark in fusion energy, TAE Technologies sees commercialization by 2030, TechCrunch, 8•April 9, 2021.

4. VeriSign, 威瑞信，美國一家專注多種網(wǎng)絡基礎服務的上市公司，位于加州山景城。該公司將他們的業(yè)務統(tǒng)稱為“智能基礎設施服務”。

5. Optometrist Algorithm, 驗光師算法，詳見Trialphaenergy, Tri Alpha Energy and Google Combine Human and Machine Interaction to Further Plasma Science, Jul 25, 2017.

6. INCITE, exascale-level computing, 美國能源部(DOE)科學辦公室提供了一系列國家高性能計算設施，包括某些世界最先進的超級計算機。這些領先的計算設施使世界一流的研究在科學上取得重大進展。