核聚变研发竞赛：无放射性的“小太阳”正在加速成为现实（图）

得益于谷歌庞大的计算能力，一家美国公司正在通往可控核聚变能源的道路。

通过应用能够自我迭代的软件，TAE技术公司已经将曾经需要两个月的任务缩短到几个小时。

谷歌已将其在“机器学习”方面的专业知识借给该公司，以加快实现可控核聚变的时间表。

核聚变有望提供丰富的低碳能源，它与太阳释放能量的过程相同。

现有核能以裂变为基础，在裂变过程中，一种较重原子分裂成较轻的原子。核聚变的工作原理是将两种轻原子结合起来，生成一种更重的原子。通过使用被称为等离子体的高温带电气体，快速移动的粒子可以融合，释放出能量。

当聚变产生的能量超过投入的能量时，它在经济上证明是可行的。但是还没有人做到这一点，尽管人们为“在地球上建造一颗恒星”进行了长达80年的努力。

挑战是巨大的，但核聚变行业的一些人希望，创新思维和颠覆性技术可以帮助打破这种情形。

TAE的首席执行官班德波尔（Michl Binderbauer）向BBC表示，“我想先做到聚变 ，但任何人做到也是英雄。”

TAE的首席执行官班德波尔

TAE科技公司位于洛杉矶东南部绿树成荫的福特希尔兰赫（Foothill Ranch），已经筹集了超过8.8亿美元的私人资金，高于其他任何核聚变公司。该公司获得来自高盛公司、洛克菲勒家族和已故的微软公司联合创始人保罗·艾伦的高调支持。其董事会成员包括前美国能源部长欧内斯特·莫尼兹。

该公司的30米长的聚变筒，以TAE的创始人、2014年去世的物理学家诺曼·罗斯托克（Norman Rostoker）的名字命名为C2W “诺曼”。它代表了一种与世界上最大的聚变实验所使用的甜甜圈形“托卡马克”（tokamak）不同的方法，后者在价值数十亿欧元的ITER项目中使用。

控制数千万度的等离子体需要一个精调细控的系统。谷歌在机器学习方面的优势，即算法随着经验而不断改进，已被用于优化TAE的聚变装置。

优化，或调整到最佳性能，会在设备上的某些东西发生变化时进行，如添加新的硬件。这个过程曾经需要两个月左右，但有了机器学习，“我们现在可以仅在一个下午完成，”TAE的班德波尔向BBC表示。

核聚变过程图示。

“学习速度加快得令人难以置信，使我们能够更容易地做出改变”。机器学习也被用来重建核聚变实验期间所发生之事，这也被称为“拍摄”。多股数据可以被拉到一起，以便更深入地了解这个过程。

班德波尔解释称，这是个难以置信的算力密集型问题，而且在此之前甚至很少有人试图解决该问题。他表示，与谷歌合作的结果可能会使该公司的长期规划提前一年，该规划打算在2030年之前推出商业核聚变测试设备。

TAE科技公司已经走过了漫长的道路——加州大学欧文分校的教授罗斯托克在1998年创建了Tri-Alpha能源公司；出生于奥地利的班德波尔是罗斯托克的博士生之一，四年前成为公司的CEO。这两位物理学家选择了TAE方法，然后从核聚变电站的要求开始，倒推进行研发。

据伦敦帝国学院的齐滕登（Jeremy Chittenden）教授说，TAE“所做的事情与其他人完全不同"。该设备并不依赖等离子体的热量来产生快速移动的粒子进行核聚变，而是使用外部粒子束，将其射入热气中，类似于粒子加速器中发生的情况。”他解释说：“这就是你的聚变源。”

耗资1.5亿美元的“诺曼”装置以超音速将管内的两个等离子体球撞到一起。在所谓的场反转配置（FRC）中，由磁场来控制这个过程。

而欧洲ITER那样的聚变设备，则使用由氘和氚组成的燃料（氢元素的两个重版本），在数千万摄氏度的高温下通过核聚变产生能量，这仍然处于比其他一些方案所需温度要低。但是也有缺点：氚具有放射性，会磨损聚变反应堆的内部，而且供应有限。

TAE的“诺曼”装置则用“普通的”氢和氘为其反应提供动力——这是一个更无害的选择，尽管效力较低。但该公司最终希望转向氢硼燃料。这种燃料不产生中子，因此几乎没有放射性，使机器易于维修和维护。但这种燃料也需要极高的温度。

C2W “诺曼”在大约7000万摄氏度下运行，但氢硼燃料需要温度上升20-30倍，达到几十亿摄氏度。这是一个重大的挑战，班德波尔说，在科学上增加几十倍是一个大问题，"我们能实现用氢硼吗？我非常确信我们可以。"

聚变实验依靠机器学习技术。

英国约克大学从事托卡马克核聚变研究的等离子体物理学家罗迪·范恩（Roddy Vann）说，“虽然你必须达到正确的温度，但温度、密度和能量封闭时间都必须同时达到足够高的水平。”

他解释说，虽然中子在托卡马克结构中确实产生了一些放射性，但我们在常规的氘氚核聚变中捕获的也是中子的能量。不过范恩教授也说："如果我们能做到无中字核聚变（aneutronic fusion），并能在可实现的温度下进行，那将是非常有趣的。"

齐滕登教授解释说，“因为他们不是通过热能，而是通过粒子加速，所以（氢硼燃料）的缺点就消失了。”齐滕登补充，那样的核聚变电站实现后，带来的净收益是巨大的，因为以氘氚为原料的电站成本中很大一部分是处理放射性产品。

班德波尔说，TAE的方法也不容易受到湍流的影响——湍流阻碍了托卡马克中控制等离子体的能力——以及热量从机器中泄漏。他说，事实上，随着设备中温度的上升，泄漏率会下降。

目前正在计划两个反应堆来跟随“诺曼”—哥白尼和达芬奇。十年内的一个关键目标是产生净能，即核聚变的输出超过为启动反应提供的能量。

经过近25年的发展，TAE已经开创了超越核聚变应用的技术。它正在完善一种称为硼中子捕获疗法的技术，以期将其用于癌症治疗。它还成立了一个新的部门，将其在C2W“诺曼”工作中产生的电源管理系统商业化，用于电动汽车和能源储存领域。