北京時(shí)間6月9日消息，格雷格·布里特爾斯博士說(shuō)起自己手上正在進(jìn)行中的項目時(shí)，眼中閃爍著(zhù)激動(dòng)之情。他說(shuō)：“每個(gè)工程師都夢(mèng)想著(zhù)擁有一個(gè)技術(shù)上極具挑戰性的項目，它需要你開(kāi)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），這是一家計劃建造聚變反應堆的創(chuàng )業(yè)公司。
太陽(yáng)和其他恒星之所以能夠發(fā)光發(fā)熱是因為它們內部的核聚變反應。如果我們可以在地球上利用聚變反應產(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(huì )產(chǎn)生二氧化碳。這樣的好事，誰(shuí)能不心動(dòng)呢？
聚變的原理非常簡(jiǎn)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(guò)程中，部分氫物質(zhì)轉化為熱量，這個(gè)熱量可以用來(lái)發(fā)電。
但是，其中的挑戰就在于，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(lái)，控制高能等離子體是一個(gè)大麻煩。恒星可以依靠引力來(lái)控制等離子體，但是在地球上，最常見(jiàn)的辦法就是用強大的磁場(chǎng)來(lái)約束等離子體。
許多工程上的挑戰，歸根結底都是如何制造磁鐵。這樣的磁鐵，必須足夠強大，可以控制這個(gè)超高溫的高速旋轉物質(zhì)，同時(shí)又不會(huì )消耗太多能量，也就是說(shuō)反應堆消耗的能量不能超過(guò)其本身產(chǎn)生的能量。
強大磁場(chǎng)將等離子體困在反應堆內部
今年晚些時(shí)候，聯(lián)邦聚變系統公司（CFS， Commonwealth Fusion Systems）的鮑勃·穆加德博士和他的團隊將測試一種突破性的磁鐵。據他們所說(shuō)，這項新技術(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(guò)。D形磁鐵內部纏繞著(zhù)大約總計300公里長(cháng)的特殊電磁帶。
十分特殊的電磁帶本身也是一項工程壯舉，開(kāi)發(fā)過(guò)程歷經(jīng)數十年。薄薄一層超導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電性，差不多有40000安培電流流過(guò)，足夠滿(mǎn)足一個(gè)小鎮的用電量。
但是，在核聚變領(lǐng)域，當人們說(shuō)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(zhù)實(shí)難以想象，但是在超導材料領(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(shuō)：“這意味著(zhù)我們需要一臺差不多房子大小的冰箱。”
穆加德博士
CFS正計劃建造一個(gè)反應堆，內部將以環(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堆。
穆加德博士說(shuō)：“有些小型公司和國家實(shí)驗室已經(jīng)有桌面大小、研發(fā)規模的磁鐵，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，是建造核聚變機器真正所需的。”
CFS的磁鐵內部纏繞著(zhù)大約300公里的超導電磁帶
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目也至關(guān)重要。
過(guò)去五年來(lái)，布里特爾斯博士一直在開(kāi)發(fā)磁鐵技術(shù)，目前正在打造一個(gè)可以讓一系列強大磁鐵共同作用的演示系統。
他解釋說(shuō)：“這個(gè)系統由許多許多線(xiàn)圈組成，線(xiàn)圈可以產(chǎn)生相互作用的力，互相拉扯，達到平衡。我們需要對這個(gè)狀態(tài)加以控制，否則所有這些力會(huì )失去平衡。”
托卡馬克能源正在研究如何巧妙地將超導帶繞成線(xiàn)圈
這種磁場(chǎng)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。
磁鐵準備好之后，它們會(huì )被放入一個(gè)球形托卡馬克——蘋(píng)果狀的聚變反應堆。研究表明，相比于CFS和其他機構使用的甜甜圈式托卡馬克，蘋(píng)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·金漢姆博士說(shuō)：“真正的挑戰是商業(yè)聚變。商業(yè)聚變也是我們的目標。我們選擇球形托卡馬克正是看中了該設計蘊含的長(cháng)期商業(yè)優(yōu)勢。”
他說(shuō)：“我們相信，到本世紀的三十年代初，我們可以在核聚變試驗裝置內部署我們的技術(shù)。這將是一場(chǎng)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(shuō)核聚變反應堆有望真正實(shí)現，已經(jīng)說(shuō)了好幾十年（也一直沒(méi)有實(shí)現）。
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堆“ITER”，是目前所有核聚變項目中規模最大的一個(gè)。到目前為止，ITER的建造成本已經(jīng)達到數十億英鎊，并且建造進(jìn)程已經(jīng)落后原計劃數年。
但是，托卡馬克能源和CFS這些公司帶來(lái)的更緊湊型設計激發(fā)了私人投資者們的興趣，他們相信這些項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)上投資了數千萬(wàn)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(lái)，他已經(jīng)向加拿大一家公司General Fusion投資了數千萬(wàn)美元。
利羅普博士說(shuō)，一直以來(lái)，核聚變行業(yè)融資都十分困難，因為太多錢(qián)被砸進(jìn)了ITER。但是現在，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(mǎn)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(chǎng)每年的價(jià)值約為3萬(wàn)億美元，而且有增無(wú)減。“如果這種核聚變技術(shù)能夠成功，它將有望開(kāi)啟一個(gè)前所未有的最大規模行業(yè)轉型。”
回到工作上。布里特爾斯博士承認，未來(lái)還有很多工程工作要做，但他充滿(mǎn)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(lái)看，沒(méi)有什么困難可以真正阻擋我們前進(jìn)。”（勻琳）
