北京時(shí)間6月9日消息，格雷格·布里特爾斯博士說起自己手上正在進(jìn)行中的項(xiàng)目時(shí)，眼中閃爍著激動(dòng)之情。他說：“每個(gè)工程師都夢想著擁有一個(gè)技術(shù)上極具挑戰(zhàn)性的項(xiàng)目，它需要你開發(fā)出新的技術(shù)和方案，去解決難題，同時(shí)這也對世界尤其重要。”五年前，他剛結(jié)束自己在牛津大學(xué)的研究工作。之后，布里特爾斯博士加入托卡馬克能源（Tokamak Energy），這是一家計(jì)劃建造聚變反應(yīng)堆的創(chuàng)業(yè)公司。
太陽和其他恒星之所以能夠發(fā)光發(fā)熱是因?yàn)樗鼈儍?nèi)部的核聚變反應(yīng)。如果我們可以在地球上利用聚變反應(yīng)產(chǎn)生的能量，我們就可以使用少量的燃料，創(chuàng)造源源不斷的能量，還不會產(chǎn)生二氧化碳。這樣的好事，誰能不心動(dòng)呢？
聚變的原理非常簡單，且易于理解。兩個(gè)氫原子，加上足夠的熱量和壓力，便可以融合在一起聚變成氦原子。在這個(gè)過程中，部分氫物質(zhì)轉(zhuǎn)化為熱量，這個(gè)熱量可以用來發(fā)電。
但是，其中的挑戰(zhàn)就在于，在地球上啟動(dòng)核聚變，你需要將氫同位素加熱到數(shù)億度的高溫，使它們獲得足夠的能量，分解成為等離子體。一直以來，控制高能等離子體是一個(gè)大麻煩。恒星可以依靠引力來控制等離子體，但是在地球上，最常見的辦法就是用強(qiáng)大的磁場來約束等離子體。
許多工程上的挑戰(zhàn)，歸根結(jié)底都是如何制造磁鐵。這樣的磁鐵，必須足夠強(qiáng)大，可以控制這個(gè)超高溫的高速旋轉(zhuǎn)物質(zhì)，同時(shí)又不會消耗太多能量，也就是說反應(yīng)堆消耗的能量不能超過其本身產(chǎn)生的能量。
強(qiáng)大磁場將等離子體困在反應(yīng)堆內(nèi)部
今年晚些時(shí)候，聯(lián)邦聚變系統(tǒng)公司（CFS， Commonwealth Fusion Systems）的鮑勃·穆加德博士和他的團(tuán)隊(duì)將測試一種突破性的磁鐵。據(jù)他們所說，這項(xiàng)新技術(shù)可以幫助我們前進(jìn)一大步。
這塊D形的磁鐵重約10噸，非常碩大，一個(gè)成年人可以從磁鐵中間穿過。D形磁鐵內(nèi)部纏繞著大約總計(jì)300公里長的特殊電磁帶。
十分特殊的電磁帶本身也是一項(xiàng)工程壯舉，開發(fā)過程歷經(jīng)數(shù)十年。薄薄一層超導(dǎo)稀土鋇銅氧化物分布在金屬帶上。冷卻后，電磁帶束具有超高導(dǎo)電性，差不多有40000安培電流流過，足夠滿足一個(gè)小鎮(zhèn)的用電量。
但是，在核聚變領(lǐng)域，當(dāng)人們說冷卻時(shí)，其實(shí)指的是將電磁帶冷卻到零下253攝氏度。在日常生活中，零下253攝氏度著實(shí)難以想象，但是在超導(dǎo)材料領(lǐng)域，這個(gè)溫度其實(shí)算得上比較溫暖。
CFS的創(chuàng)始人穆加德博士說：“這意味著我們需要一臺差不多房子大小的冰箱。”
穆加德博士
CFS正計(jì)劃建造一個(gè)反應(yīng)堆，內(nèi)部將以環(huán)形排列方式放置18塊D形磁鐵——也就是所謂的托卡馬克裝置。同時(shí)，CFS最近已經(jīng)選擇在馬薩諸塞州建造反應(yīng)堆。
穆加德博士說：“有些小型公司和國家實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)有桌面大小、研發(fā)規(guī)模的磁鐵，但我們是第一個(gè)真正將這種磁鐵放大的公司。我們的磁鐵大小，是建造核聚變機(jī)器真正所需的。”
CFS的磁鐵內(nèi)部纏繞著大約300公里的超導(dǎo)電磁帶
磁鐵技術(shù)的飛躍對于英國的托克馬克能源公司的核聚變項(xiàng)目也至關(guān)重要。
過去五年來，布里特爾斯博士一直在開發(fā)磁鐵技術(shù)，目前正在打造一個(gè)可以讓一系列強(qiáng)大磁鐵共同作用的演示系統(tǒng)。
他解釋說：“這個(gè)系統(tǒng)由許多許多線圈組成，線圈可以產(chǎn)生相互作用的力，互相拉扯，達(dá)到平衡。我們需要對這個(gè)狀態(tài)加以控制，否則所有這些力會失去平衡。”
托卡馬克能源正在研究如何巧妙地將超導(dǎo)帶繞成線圈
這種磁場可以產(chǎn)生驚人的力量。布里特爾斯博士表示，他的磁鐵在全功率運(yùn)行下產(chǎn)生的力，將是地球上最深的海溝底部壓力的兩倍。
磁鐵準(zhǔn)備好之后，它們會被放入一個(gè)球形托卡馬克——蘋果狀的聚變反應(yīng)堆。研究表明，相比于CFS和其他機(jī)構(gòu)使用的甜甜圈式托卡馬克，蘋果狀的托卡馬克每單位消耗的能量可以產(chǎn)生更多能量。
托卡馬克能源的創(chuàng)始人之一大衛(wèi)·金漢姆博士說：“真正的挑戰(zhàn)是商業(yè)聚變。商業(yè)聚變也是我們的目標(biāo)。我們選擇球形托卡馬克正是看中了該設(shè)計(jì)蘊(yùn)含的長期商業(yè)優(yōu)勢。”
他說：“我們相信，到本世紀(jì)的三十年代初，我們可以在核聚變試驗(yàn)裝置內(nèi)部署我們的技術(shù)。這將是一場全球競賽。美國也有不少很有前景的私人公司。他們將是我們的競爭對手。”
但是，人們總說核聚變反應(yīng)堆有望真正實(shí)現(xiàn)，已經(jīng)說了好幾十年（也一直沒有實(shí)現(xiàn)）。
在法國南部，多個(gè)國家正在聯(lián)合建造一座巨型核聚變反應(yīng)堆“ITER”，是目前所有核聚變項(xiàng)目中規(guī)模最大的一個(gè)。到目前為止，ITER的建造成本已經(jīng)達(dá)到數(shù)十億英鎊，并且建造進(jìn)程已經(jīng)落后原計(jì)劃數(shù)年。
但是，托卡馬克能源和CFS這些公司帶來的更緊湊型設(shè)計(jì)激發(fā)了私人投資者們的興趣，他們相信這些項(xiàng)目有望成為可行的商業(yè)主張。
瓦爾·馮·利羅普博士的投資公司已經(jīng)在核聚變技術(shù)上投資了數(shù)千萬美元
20年前，瓦爾·馮·利羅普博士成立了自己的風(fēng)投公司Chrysalix。自2008年以來，他已經(jīng)向加拿大一家公司General Fusion投資了數(shù)千萬美元。
利羅普博士說，一直以來，核聚變行業(yè)融資都十分困難，因?yàn)樘噱X被砸進(jìn)了ITER。但是現(xiàn)在，情況不一樣了。
“我看到有更多資金進(jìn)入這個(gè)行業(yè)，更多興趣投向這里，人們也逐漸意識到，核聚變是一個(gè)非常龐大的平臺技術(shù)，而且也不是始終充滿不確定性。”
利羅普博士還指出，核聚變的潛在好處不可估量。全球電力市場每年的價(jià)值約為3萬億美元，而且有增無減。“如果這種核聚變技術(shù)能夠成功，它將有望開啟一個(gè)前所未有的最大規(guī)模行業(yè)轉(zhuǎn)型。”
回到工作上。布里特爾斯博士承認(rèn)，未來還有很多工程工作要做，但他充滿信心：“我們正在努力解決各種可能隨時(shí)讓我們失敗的難題。但是從我們目前的情況來看，沒有什么困難可以真正阻擋我們前進(jìn)。”（勻琳）
