另辟蹊徑的核科學先驅：沒有大制作一樣核聚變

　　在北美洲、歐洲和其他地區，由私人資金或政府—私有混合資金支持的科學家和工程師團隊正在探索核聚變新方法。

　　聚變能研究領域正在上演離奇事件，企業家精神、不同意見和開創精神出現了一次大爆發。在一個可以被概括為“大科學”的最糟糕情況的領域——進度緩慢、定價高昂和繁重設計，一些人最后說“受夠了”，并開始另辟出路。

　　在北美洲、歐洲和其他地區，由私人資金或政府—私有混合資金支持的科學家和工程師團隊正在探索核聚變新方法。他們不僅在作研究：他們計劃建造經濟上可行的動力反應堆，這比公共資金資助的研究設想得更簡單且更便宜，并且他們希望能更快完成目標。

　　追求凈增益

　　為何會發生這種情況？為何是現在？在60多年里，研究人員一直試圖復制太陽的熱源——融合原子以釋放被鎖在其原子核中的能量，而反應器已經從桌面上的小配件發展成耗資數十億美元的龐然大物。致力于首次實現凈能量收益的跨國設備——國際熱核實驗反應堆（ITER），其完成后將耗資200億美元、重達2.3萬噸——是法國埃菲爾鐵塔重量的3倍。使用不同聚變技術的美國國家點火裝置（NIF）建造資金也高達35億美元。

　　ITER和NIF都力圖實現反應堆產能高于消耗能。這是一個大問題，因為聚變反應堆運行需要大量能量：燃料需要被加熱并保持在約1.5億攝氏度。理論上，一旦反應堆開啟，它將自我加熱，但目前還沒有人能實現這一目標。數年前，NIF就計劃實現此類“著火”核聚變燃燒，但迄今為止，它離目標依然遙遠。另一方面，ITER在2027年之前不會進行點火實驗。

　　同時，建造這些設施的巨大成本讓獨立核聚變項目望而卻步。一些研究人員認為，得到這樣的結果是必然的，因為就技術層面而言，ITER和NIF將核聚變推向了極致。ITER計劃將燃燒的等離子盡可能長時間控制在磁場中；NIF的策略則是利用激光轟擊核聚變燃料，將其擠壓到盡可能大的密度。要達到這些極端條件需要復雜的技術、高昂的成本和巨大的規模。

　　相比之下，核聚變技術中的黑馬則關注極端條件中間的環節。雖然與“臭名昭著”的低溫核聚變不同，該技術具有科學合理性，但有限的時間和經費阻礙了其發展。

　　但是核聚變是一件極為復雜的事情，涉及高能粒子以及高溫和高壓。要獲得成就，人們需要精確判斷、新材料和復雜的計算機模擬。但誰會瘋狂到試圖建立一個聚變反應堆？

　　蒸汽朋克解決方案

　　Michel Laberge感到厭倦。2001年，他已近40歲，在過去10年間，他為加拿大Creo公司（現為柯達公司的一部分）設計了激光打印機，他一直在努力“使機器更快速和便宜”。是時候做更多的事情了。在職業生涯初期，他在加拿大英屬哥倫比亞大學、法國巴黎綜合理工學院和加拿大國家研究委員會研究了激光用于激發核聚變反應的可能性。

　　Laberge知道成功的核聚變反應堆會為地球帶來什么。因此，他賣掉了所擁有的Creo公司股份，辭去工作，并開始著手建造一個反應堆。

　　在瀏覽文獻時，Laberge無意間發現了上世紀70年代海軍研究實驗室的一個名為LINUS的項目—— 一個磁化目標聚變的早期嘗試。LINUS項目旨在將核聚變燃料制成等離子磁化球，并在一個液態金屬殼中點燃。一旦金屬殼和等離子就位，氣動活塞將撞進金屬殼，壓縮并爆聚等離子，提高其溫度和密度。1980年，LINUS項目關閉。但Laberge認為它是一個偉大的方案。他提到，該項目的失敗是因為上世紀70年代的技術無法勝任。

　　Laberge說服幾位Creo公司前同事進行投資，并利用加拿大政府的小筆津貼，制造了一臺利用電脈沖模擬活塞作用的桌面設備。這足以產生一些中子，而中子是核聚變反應正在發生的信號。2002年，Laberge和同事成立了“通用聚變”公司，目前該公司已經有60多名雇員。

　　2009年起，他們獲得6200萬加元資金。利用這些錢，他們建造了一臺看上去像直接從蒸汽朋克走出來的東西—— 一種巨大的機器海膽。直徑約為1米的球形鋼制反應室是14個大炮尺寸的空氣驅動活塞，并向四面八方突出。它的工作方式聽上去有些特殊。

　　首先，研究人員沿反應室四周攪動熔鉛，創造出中間有空隙的渦流；在空隙中，他們點燃聚變燃料“緊湊環形線圈”。然后，活塞以每秒50米的速度敲下，猛烈撞擊反應室壁上的插件，發送沖擊波穿過熔鉛。沖擊波將燃料擠壓到極高的溫度和壓力，然后爆炸！一次小型核聚變爆炸在理論上發生。

　　目前的設備無法實現核聚變；它只是實現了壓縮系統。“我們在試驗密封、泵送和沖擊波，以了解該技術。”Laberge說。另外，研究人員還在研究注射器——等離子槍，用來制作燃料球，并將其射入壓縮機內。

　　在所有這些努力中，他們遇到了不少難題：活塞破裂、沖擊波帶出鉛液滴，以及等離子冷卻過快或密度過低。但是他們沒有退卻。“我們正與投資者進行接洽。”“通用聚變”公司戰略和企業發展副總裁Michael Delage說。

　　科普作家之歌

　　Eric Lerner是一位不太可能的核聚變科學家。他中止了物理學研究生課程，轉而成為一位成功的科普作家。1991年，他出版了頗具爭議性的書籍《大爆炸從未發生》，書中，他描述了一個并非重力和量子力學，而是等離子物理學控制下的宇宙。

　　實際上，當時Lerner已經開始進行核聚變裝置的獨立研究，并注意到一種所謂的稠密等離子體焦點（DPF）——它是由俄羅斯于上世紀50年代發明的。DPF創建了一個聚變燃料的緊湊環形線圈，然后利用電磁作用將其壓縮到極小的尺寸。

　　經過10年研究，Lerner獲得了美國宇航局（NASA）噴氣推進實驗室的資助，以評估DPF能否被用作航天飛機推動力。7年后，在花費了30萬美元后，NASA取消了該項目，于是，Lerner開始尋求私人資金。

　　又過了7年，他籌集到120萬美元，足以支持他在新澤西州建設自己的實驗設施——勞倫斯維爾等離子體物理（LPP）。但勉強糊口的狀態在延續：Lerner在過去5年里從60位不同的投資者那里獲得200萬美元經費。“與其他（私有核聚變）項目相比，我們是技術上最先進的，但也是經費最少的。”他說。

　　相比之下，“通用聚變”公司的充氣“巨怪”讓Lerner的設備看上去像是一個玩具。后者的核心是兩個圓柱形電極，一個在另一個的內部。外部電極直徑僅18厘米，并且整個設備被密封在充滿彌散氣體的管中。一個巨大的電脈沖從外部電極沖向內部電極，產生等離子體環形外殼。然后，電流產生的磁場將等離子環擠壓成一個微小且致密的等離子體球。

　　崩塌的磁場會誘發電場，驅動電子束穿過等離子體，并將其加熱到數億度的高溫。如果所有的事情都能按計劃進行，等離子球將獲得足以產生核聚變反應的高溫和密度。

　　Lerner表示，該設備能達到必需的溫度，但難以讓粒子獲得必要的密度。問題是電極會蒸發出銅原子，并污染等離子。就在不久前，LPP獲得一套新的鎢電極，并通過眾籌活動籌集了20萬美元經費。“我確信新電極將從根本上減少雜質，并將密度增加100倍。”Lerner說。