全世界聚变初创公司最集中的地方-华盛顿州埃弗里特

华盛顿州埃弗里特是全世界聚变初创公司最集中的地方。

华盛顿州埃弗里特是航空业巨头波音公司的所在地，而在该城市一个不知名的办公园区，初创公司Zap Energy正在试验一个反应堆原型机，该反应堆正在通过核聚变产生高能中子，但还不足以将电力送到电网。

不到2英里外，有一座Helion Energy公司的设施，这是Helion Energy从波音公司的一家承包商处购得的，该设施内有一台可运行的聚变原型机，该原型机的一部分由航空航天业的退役人员建造。

Helion Energy公司的员工在对该公司最新一代的聚变反应堆Polaris原型机部件进行最后整理。

自2022年夏季启动以来，Zap Energy公司的FuZE-Q原型机已经进行了数千次聚变反应，每次反应都会产生大量数据。Zap Energy公司逐渐提高所必需的温度、等离子密度和反应时间，使产生的电力多于消耗的电力。

预计Zap Energy公司最终的商业聚变反应堆能够可靠地生产足以供3万户家庭使用的电力，而原型机的体积不会比办公桌大。只需增加了一个液态金属“毯”、热交换器和蒸汽涡轮机，将高能中子转化为电能。该核芯反应堆比一辆Mini Cooper还小。

这种极简风格的聚变方式与法国南部城市街区大小、初具规模的大型项目国际热核聚变反应堆（ITER）形成了鲜明对比。这座拖延已久、公共资助的反应堆投入使用时，高度将达到30米，重量超过18辆迷你库珀。中国、欧盟、美国和其他合作伙伴为此耗资超过220亿美元。（Helion Energy公司的反应堆比Zap Energy公司的反应堆略大，高约2米，长约12米。）

“驱动成本的两个主要因素是复杂性和规模。”Zap Energy公司的高级研究科学家德里克•萨瑟兰德（Derek Sutherland）说，“Zap Energy公司擅长降低和缩小这两项因素，该系统没有低温，没有超导线圈，没有辅助加热和磁体。”

聚变的核心原理是增加离子的动能，直到它们运动速度足够快（也就是足够热），能够克服相互的静电排斥，然后碰撞并融合。ITER 反应堆采用传统的托卡马克设计，旨在激发比太阳热10倍的燃烧等离子体。它规模庞大的原因很简单：规模越大，产生的能量就越多。

不过，必须实现一个关键的平衡，离子越快、越热，就越难以被约束。维持ITER 的聚变反应将需要一组巨大的低温冷却超导磁体。

Zap Energy公司和Helion Energy公司发现，如果不像ITER 那样试图诱导聚变反应持续进行，而是将聚变活动的短脉冲串在一起，将会更简单。Zap Energy公司的反应过程是操纵氘（氢的同位素）等离子体，利用磁力将其挤入一个紧密的分馏塔中，类似用于将原油分离成汽油和煤油等蒸馏油的蒸馏塔。不同层的氘等离子体流动的速度不同，保持等离子体稳定并产生高能中子，直到其坍塌。

Helion公司则将氘与氦-3融合，氦-3是一种非常稀缺的氦同位素，一些专家甚至建议到月球上开采氦-3。Helion公司的第七代反应堆原型机Polaris应该能够从氘中产生氦-3。Helion公司表示，目前它已经产生了少量氦-3。虽然氘-氦-3反应产生的中子相对较少，但这不是问题，因为Polaris能够直接从聚变反应中产生电，而不是用沸水产生蒸汽。每次聚变脉冲都会导致等离子体膨胀，增加其磁通量，并在磁线圈中产生感应电流。这些电流最后会流回巨大的电容器，这些电容器可提供启动聚变反应的能量。

Helion Energy公司的FuZE-Q聚变反应堆原型已经进行了数万次聚变脉冲测试。收集所有这些脉冲的数据将为Zap公司开发商业反应堆的提供信息。

Zap Energy公司和Helion Energy公司的聚变反应堆都依赖于电容器。Zap Energy公司的电容器将存储1.5兆焦的能量；Helion Energy公司的电容器将存储惊人的50兆焦能量。

Zap公司计划的现实时间表是5年到10年内实现发电，而Helion公司已经向微软公司出售了50兆瓦电力，将于2028年交付。

Helion公司预计于2024年1月完成组装最后一台Polaris原型机。反应堆将在年内逐渐提高功率和加压。“如果一切按我们预期的方式进行，那么我们应该能够从聚变系统中回收足够的电磁能，为这些电容器充电，还能有一点额外的能量。”Helion公司的创始人兼首席执行官大卫•科特利（David Kirtley）说，“这一点额外的能量就是净电量。”

作者：Mark Harris