走向融合能源的道路

T.他在洛杉矶山东河山麓牧场的匿名办公室公园正在进行现代追求普瑞斯·火灾。在公园，沿着蜿蜒的驱动器，您将找到一个巨大的现代仓库建筑，“Tee Technologies”在门上欣然。内部，您将找到100英尺长的，2亿美元的融合能源实验，名为Norman。在第二楼办公室，楼上的机器，你会发现遗嘱普罗米修斯自己：Michl Binderbauer，Tae的幼稚和无情的联合创始人和首席执行官。

为了与TAE总部的其他部分保持一致，他的办公室看起来很简洁，功能齐全，而且有点未完工。房间里最引人注目的装饰品是他桌子旁边的一块大白板，上面四分之三的地方堆满了公式和升级聚变设备的粗糙工程草图。在书的底部，在小手够不到的地方，商业符号让位于宾德鲍尔的两个孩子创作的一组古怪的图画。起初，他似乎很困惑，为什么偏偏是这些愚蠢的涂鸦吸引了我的注意力。接着，他又回忆起最近与他10岁的儿子的一次谈话，他的儿子刚刚在学校里了解了气候变化:

“他是一个早熟的孩子。他问我，'这是对吗？这真的是发生的事情吗？“我告诉他，”我希望没有。如果爸爸可以帮助，它可能不会发生。“所以现在当人们问他我所做的事情时，他说，”我的父亲正在努力拯救地球“。”

如此多的胸牌，51所说，这个故事听起来太好了，无法真实，但完全是真诚的。当他看到它时，他的拯救行星战略是没有做好的梦想;这是对世界状况完全合理的完全合理分析的完全逻辑的终点。他无可争议的起始命题是世界需要不断增长的能量供应。然后他问，我们如何生成它？煤炭，石油和天然气导致破坏性和致命的气候变化，因此化石燃料不能成为未来。核电不产生直接碳排放，但它落后于放射性废物，相当或不面临苦涩的公共抵抗力。

太阳能和风力是环境宠物，但显着扩展它们将需要巨大的新基础设施，以便在需要时可用的清洁电力。“依靠太阳能和风，是一个傻瓜的希望，”我认为，“德德伯尔说。最近的几项研究，包括在期刊中的主要技术分析美国国家科学院院刊，备份他的评估：我们根本不知道如何建造电网，可以处理太阳闪耀和风吹的不一致方式。即使可再生能源来产生大部分电力，它们也需要与所谓的调度电源相结合，可以随时打开。

所有这些考虑因素都在一起，暗示我们在全球能源组合中需要完全新的东西。Binderbauer认为最逼真的东西是融合。物理学家知道粉碎了原子核（超密集的原子）并使它们合并可以释放出巨大的能量，而不是燃烧煤或天然气，而不是碳污染。他们有戏剧性的证据，即该过程的工作原因：融合是太阳的力量，它是一种氢炸弹爆炸踢的原因。但经过八十年的研究，没有人能够创造一种机器，可以使融合轻轻地，稳定，高效地发生足以产生电力。

“我开始了解为什么可用的概念有缺陷。”

BinderBauer旨在成为破解代码的人。他预测，TAE可以在五年内从Norman到演示融合反应堆，然后 - 如果一切都是对商业融合电厂的原型，另外五年左右。他的时间表至少比最大的政府运行融合努力更快。少数其他私人融合初创公司最近涌现出来，希望自己的快速融合，但TAE拥有最多的资金 - 超过600万美元 - 并且在这里布局在我面前，唯一完全运行的测试反应堆。该公司还拥有最容易的计划，追求一种新型的融合反应，将采用氢气和硼（水和洗衣粉的共同元素），吐出几乎无限的清洁能量。

即使在聚变能的遥远世界里，宾德鲍尔的工作也处于边缘。他承认自己最终可能更像伊卡洛斯(Icarus)，而不是普罗米修斯(Prometheus)，飞得离太阳太近而坠落。不过，他没有其他选择。他说:“我们这一代人可能会被载入史册，成为真正大规模破坏地球的人。”“也许我不能改变它，但希望我至少可以在历史书的同一段中补充，‘……但也有一些人真的尝试过’。”

R.无情地伸手去寻求更好的想法似乎在佩德尔佩尔家族中奔跑。Michl出生于奥地利萨尔茨堡，但由于他的父亲在欧洲迁移来探索新业务时，他们经常通过童年举动。最终，他在达拉斯迈出了一年的跳跃，并在达拉斯定居了一年，美国风格的野心占据了16岁的Michl的大脑。那个围颜笼养的成长留下了他的陌生口音，一个奇怪的混搭，以某种方式导致一些听起来像一个音乐丹麦林林。

从德克萨斯州，德克萨斯州的德克萨斯州曾在欧文大学，加州大学，在1990年在约翰霍普金斯大学的历史上，他曾在加州大学。他在他曾经迅速扭转了他的第一次访问校园的决定通过靠近巴尔的摩街区的开车令人沮丧，充满了无家可归的人和登机楼。他返回欧文，不确定接下来做什么，他的前物理教授与诺曼·罗斯特的转型性遭遇。

自20世纪50年代早期研究以来，罗斯托克一直对利用核聚变能量的可能性着迷。现在，他正在寻找一个博士生，最终帮助他把这个想法付诸实践。宾德鲍尔签约了，并被他导师的世界观所吸引。“大约一年后，我真的开始欣赏这个基本理念，即核聚变能为人类做些什么，”他说。“但更重要的是，我开始明白什么是行不通的，为什么现有的概念是有缺陷的。”

从那时起，Binderbauer的生活一直被那些双胞胎固定所指导：世界需要融合，世界也需要更好的方法来实现它。

即使在1990年，对核聚变的需求也十分明显。科学家们已经积累了大量的证据，证明化石燃料产生的二氧化碳正在破坏地球的气候。与此同时，自1979年三里岛(Three Mile Island)核事故以来，美国公众对核反应堆的敌意急剧上升。1986年苏联切尔诺贝利核反应堆的灾难性爆炸巩固了人们对核能不安全的普遍看法。此外，还有一个棘手的问题，即在何处放置仍具有高放射性的乏燃料。1987年，美国国会将内华达州的亚卡山指定为美国未来的核废料储存库。内华达州居民立即提出抗议，并提起诉讼阻止该计划。三十年过去了，这个网站仍然没有开放。

与核能鲜明对比，融合看起来彻头彻尾。“它没有核空间，它没有废物流，它不能有一个崩溃或辐射，”佩德百货笔记。问题是，融合急剧达到达到核反应堆的裂变反应 - 这就是为什么核电今天是现实，而融合仍然是明天的承诺。

单独依靠太阳能而且风是一个傻瓜的希望。

为了获得核反应堆，几乎所有你需要的是放射性燃料的困境。如果你一起扔一堆纯化的铀，它将自身开始产生热量;最大的挑战是防止它产生太多的热量和融化。另一方面，让融合发生融合，你需要一个强烈的kickstart：你需要如此强有力地冲突原子核，它们坚持在一起，释放一些潜在的能量。太阳获得了具有巨大的引力压力的碰撞。通过用原子爆炸将核爆炸进行氢炸弹。

要在地球上以一种稳定、可控的方式实现融合，需要一种微妙和残酷的看似矛盾的结合。它需要一种特殊的反应堆，可以将原子核加热到数百万度，同时将它们密封起来，这样它们就不会在有机会碰撞之前飞离。换句话说，你需要在核聚变反应堆中注入大量能量，然后才能释放出任何能量。现在，许多实验都成功地激发了聚变反应，但没有一个实验能释放出比注入量更多的能量，这就是所谓的临界临界点。

仍然，融合研究人员在弄清楚如何到达那里进行了大量的进展。特别是，它们在实现盈亏平衡的最有前途的核反应中归零。有利的反应使用两种重型版本的氢，称为氘和氚。其中两个都有正收费，通常导致它们互相排斥。但是，如果将它们加热到温度约为1亿摄氏度，它们偶尔会如此紧密地结合在一起，强大的核动力的短距离景点压倒了排斥的远程影响，导致它们融合。

研究人员将注意力集中在氘氚聚变上，因为它是最容易触发的反应之一。当氘和氚结合时，它们也会释放大量的能量:一公斤氘含有相当于2900万公斤煤的能量。进一步增加这种方法的吸引力，两种类型的核都很容易获得。氘可以从普通的水中提取出来;氚可以通过辐照锂产生，这是一个简单的实验室过程。

自20世纪70年代以来，几乎每一个主要的核聚变实验都是在设计时考虑到氘氚核聚变的。在法国南部，一个国际财团目前正在建造一个耗资250亿美元的名为ITER(前国际热核实验反应堆)的庞然大物，2025年建成后有望成为世界上最大的核聚变工厂。它将以氘氚为燃料。马萨诸塞州剑桥市的联邦聚变系统公司(Commonwealth Fusion Systems)和加拿大伯纳比市的通用聚变公司(General Fusion)等私营初创企业采用不同的核聚变技术，但它们也在计划使用氘和氚燃料的机器。燃料的选择是整个核聚变世界都能达成共识的一件事。

好吧，几乎。选择燃料的选择位于佩德班伯爵的核心与主流融合界的核心。

T.他融合项目，如ITER和欧洲联合环形加速器在英格兰牛津郡，目前最大的业务融合厂的最终目标，是要捕捉的巨大能量释放出来的氘和氚的合并，并把它实际使用。植物会将原料融合能量转化为热量，然后使用热量煮沸水，旋转涡轮机，最终能够发电，可以点亮您的家并充电手机。融合反应很热，没有物理物体可以包含它。相反，研究人员使用磁场握住燃料到位 - 通常是一种称为Tokamak的甜甜圈形场配置。磁铁单独占艾特师的大部分融合植物。

但是氘氚工厂的实际活动，就像所有聚变能量一样，都是在原子尺度上进行的。普通氢原子的原子核只有一个质子。氘是质子和中子结合的产物，中子是质子的电中性表亲。(在元素中加入中子会使其质量增加，但不会改变其化学特性。)氚是一个质子和两个中子的结合。当氘和氚发生聚变时，最终的产物是氦——两个质子和两个中子结合在一起——加上一个备用中子，备用中子会高速飞离。氘核和氚核都带有电荷，这意味着它们可以被磁场固定在原地。中子不能提供这样的控制手段。他们就像猫:他们做他们想做的。

中子在氘 - 氚植物中载有高达80％的能量，因此植物将设计成捕获中子并在周围的固体或液体毯中吸收它们的能量。虽然，一些中子可以逃脱，虹吸远离能量。这些杂干可以嵌入反应器的周围部件，转动脆性和放射性。

氘 - Tritium Fusion Probonents将此“中子磁通量”视为一种非常可解决的技术问题，他们已经意识到了几十年。“我们现在没有合适的材料。他们需要进行测试和验证，这是一条长长的道路，但我们正在努力，“Eurofusion，支持迭代的研究财团的计划经理TonyDonné说。他预计，那些优化的材料应该允许迭代售罄15年来之前需要与中子相关的维护。鲍勃Mumgaard，Commomwealth融合系统的CEO，认为中子通量作为融合电厂的磨损和撕裂一个其服务周期的常规方面的一部分，也许发生一次或每年两次。“我们可以简化内部组件，开发维护方案，”他说。“我们大大就拥有这样的方案。”

随之而来的火焰剧是压倒性和可怕的。

罗斯托克认为中子磁通量作为潜在的展示者。在氘 - 氚植物内产生的放射性量将小于核植物，Binderbauer笔记的内容小于，但它仍然足以呈现棘手的经济，政治和监管问题。在电子邮件中，Mumgaard指出，“中子产生的放射性水平低，与医学测试设施相当。由中子激活的材料的半衰期比来自裂变核反应堆的放射性废物的数千次。“

宾德鲍尔对氘氚聚变还有另一个担忧。他指出，氚具有放射性，半衰期只有12.3年，这意味着它需要像其他放射性物质一样谨慎地处理和监测。它在化学上也与普通水中发现的轻氢相同。“如果氚进入地下水，你喝了一杯含有氚的水，你就有了一个12年的定时炸弹在你体内滴答作响，”宾德鲍尔说。(EUROfusion的一份简报指出，“如果氚取代了我们生物系统中的氢，那么它将对人类构成严重威胁。”)核武器设施已经开发出处理氚的详细程序，这是令人鼓舞的，还是令人不安的，取决于你的观点。

“我希望这不会遇到过于消极的，”德德伯拿难以令人难以忍受。拒绝融合的主流方法与他的联系与罗斯特人员合作是一体的，所有这些都遵循它。

S.Tep在罗斯特克和佩德班的任务中的一个融合反应可以取代氘氚。1994年，在佛罗里达大学的同事Hendrik Monkhorst在称重选项和咨询后，这两项鉴定了更合理的选择：质子（氢核）和元素硼之间的融合反应。其联盟的最终产品是三个氦核，只有一丝核副产品。质子 - 硼融合消除了氘和氚产生的超过99％的中子（尽管仍然留下足够的中子磁通量以要求仔细屏蔽）。至于燃料本身，他们就像你希望的那样无害。硼开采作为常见的矿物硼砂，广泛用于建筑材料，玻璃和洗涤剂。氢是每一杯水中的主要元素。

“我不会说我们完全坠入爱河，但我们确信我们真的可以做到它的工作，”德德·伯尔说。“现在你几乎没有中子，你有一个充足的陆地燃料。初级反应中没有放射性输入或输出。出来的氦气是完全无害的。这是一件美丽的事情。“

不那么美妙的事情是试图弄清楚如何使质子-硼聚变真正发生。点燃质子-硼聚变需要大约30亿摄氏度的温度，大约是氘-氚聚变的30倍。还没有人知道如何用更简单的反应来获得能量。宾德鲍尔明白，除非他能找到一种新的、更有效的技术方法，否则转向一个更困难的问题将是疯狂的。他说:“我们不能局限于现有的概念，因为它们都有缺陷。”托卡马克是研究得最好的实现聚变的方法，但它还不足以满足质子-硼聚变的极端要求。

为了满足这些需求，BinderBauer和Rostoker为融合反应器开发了一种局部不同的设计，一个类似于粒子物理实验的融合反应堆，远远超过Tokamak。他们将使用管子而不是磁性甜甜圈。他们将旋转它，而不是试图从外面抓住燃料，以便它将从业务的Lingo中的内部“现场反转配置”中创建自己的磁场。为了让这个过程开始，他们会崩溃的质子和硼核的梁，就像物理学家在巨大的粒子 - 加速器设施一样，如大号特罗龙撞机。

明显的下一步是开始建立可以将这些想法的设备进行测试。“我们已经用尽了我们可以在便宜的事情上做的事情。我们希望获得联邦支持，“Binderbauer说。所以1997年，他，罗斯特，和蒙克斯特写了一篇论文，概述了他们的发现并设法得到它被接受的科学．

他想要引起轰动，可是做得太成功了。科学被关键的信件淹没了。“We were naïve about thinking that people would say, ‘Well here are the shortcomings of the tokamak, here’s a smart alternative, here a machine that may be able to do a non-neutron reaction’,” Binderbauer recalls, shaking his head at his younger self. “We didn’t anticipate the firestorm that ensued. It was overwhelming and scary.”

从这些信件来看，一些评论家要么不理解这篇论文，要么不愿相信它的结论。宾德鲍尔现在意识到，大部分愤怒来自那些觉得自己的职业生涯岌岌可危的同事，而且并非没有理由。的科学纸张就像美国能源部正在削减融合研究。该领域的最后一件事想要看到一些令人缺乏的资金，暗示融合的标准方法可能是一个死胡同。

宾德鲍尔已经放弃了所有支持氘氚聚变的物理和工程工作。现在他意识到他将不得不放弃自20世纪50年代以来支持核聚变研究的政府开支。“这是我们清醒过来的地方，”他说。“我告诉诺曼，‘听着，我们不会得到联邦资金的。我们为什么不私下谈谈呢?’”

你P到那一点，只有一个值得注意的私人投资。在20世纪70年代后期，《阁楼》该杂志的创始人鲍勃·古奇奥尼(Bob gucione)投入了1700万美元用于建造一个微型核聚变机的项目，尖刻的科学家们给它起了个绰号叫“色情mak”。“这么说，我们并不是唯一疯狂地尝试这种做法的人。”罗斯托克冷冷地回答。

没有丢失，他和佩德伯拿着碰撞和融合为首先作为碰撞梁融合反应器，Inc。，后来作为三α能量，最后作为TAE。他们的早期努力吸引了一个不寻常的支持者联盟，包括诺贝尔劳雷特格伦西堡和演员哈里·哈姆林，最为被称为“最性感的人活着”演员L.A.法律．在德士古提出的1500万美元投资在最后一刻落空后，他们设法凑到了大约100万美元，这对于启动聚变研究实验室来说太少了。他们大幅缩减了雄心壮志，开始着手建立一个小型的概念验证实验，名为“下水管道”。是的，它是用一根下水管道建造的，用磁铁和电子设备包裹，以创造人们希望的磁场反向配置。

随着它的看法，下水道实验恰好生产了它应该的磁场的那种，第一个有形的证据表明胸牌不是坚果。它仍然在TAE上显示。如果公司成功，可能会被记住为质子 - 硼融合的图标。

融合社区中没有许多其他人认为这是一个聪明的赌家。

一旦TAE能够证明他们有一个可行的概念和一个知道如何执行它的团队，更多的投资者开始签约——其中包括已故的微软联合创始人保罗·艾伦。这笔资金使该公司得以为称为C-2的场反聚变反应堆创建一个合适的试验台。从那以后，C-2扩展成一个更大的机器，称为C-2U，进而演变成TAE目前的实验怪物，C-2W。

2017年C-2W完工后，为了纪念在2014年圣诞节去世的罗斯托克，宾德鲍尔将其重新命名为“诺曼”。诺曼最近完成了其主要的研究目标，包括达到3000万摄氏度以上的温度，并使等离子体保持稳定30毫秒——足够高的温度和足够长的时间，以验证一切都如预期的那样工作。最重要的是，诺曼证实了一种理论，即场反式反应堆可以扩大规模，达到托卡马克反应堆不可能达到的条件。在超高温度下，托卡马克可能会漏水，难以维护;字段反转的配置应该更加稳定。TAE打赌这个理论将一直适用到质子-硼聚变所需的30亿度。

融合社区中没有许多其他人认为这是一个聪明的赌家。欧洲福斯州的诺福斯，致力于与托卡马克一起使用的职业生涯，羡慕Tae的宏伟野心，但谨慎态度，旨在依赖于尚未讨论的物理和工程。“您需要在温度下获得更高的数量级。如果你以融合的那样，它将增加半个世纪到时间尺，“他预测。

20年来现在，TAE队已经反复支撑失败，但随后通过另一个看似无可思情的物理障碍管理到桶，Tae的首席技术官 - 杨先生对Binderbauer的愉快尹。很少有人认为原来的下水管实验会起作用。很少有人认为，像诺曼这样的野外反应堆可以达到稳定，30百万度的热量。“但随着我们所采取的每一步，都有新的不确定性，”Smirnov承认。“如果缩放法律在路上失败了怎么办？直到我们到达那里，我们无法确定。“

该旅程的下一步是2亿美元的哥白尼反应堆，旨在达到约1亿度的温度。TAE目前是奥兰郡的房地产购物，今年突破地面的目标，并在2023年开始测试运行。哥白尼应该足够强大，以点燃氘 - 氚融合，但这不是它的工作;它的真实目的是侦察那些高温物理的未知区域。如果TAE对现场反应的反应堆设计保持按预期递送，那么BinderBauer将全力以赴，他最大的赌注：一个称为Da Vinci的“两亿美元”的质子 - 硼融合反应堆。最后，它应该击中魔法3亿度，保持质子 - 硼燃料稳定，并产生融合能量的健康产量。

Da Vinci旨在将TAE从融合原型转换到商业融合能源。它不会为任何人的家供电，但它将设计有发电和批量生产。从那时起，TAE将严重依赖像一般电气等公司，这些公司在设​​计和构建发电厂方面具有深厚的经验。“比金钱更重要的是产业规模支持，”德德伯尔说。“你不仅仅是一台机器。你正在考虑所有下一台机器，他们应该由工业部门而不是TAE建造。“

B.inderbauer为他孩子们的能源未来描绘的蓝图是这样的:第一个商业设计的聚变反应堆将在本世纪30年代早期开始运行。在接下来的10到15年里，核聚变将占据全球电力市场的几成份额。各家公司纷纷启动生产线，生产模块化的聚变反应堆。政府可能会以税收或补贴的形式为无碳能源提供激励，以加速这一新兴产业的发展。风能和太阳能继续扩张，但核聚变也在扩张，平衡了它们。“在本世纪下半叶，聚变能占领很大一部分市场，也许是主导部分吗?”我不会感到惊讶，”binder说。

即使TAE不是最终成为公司为市场带来实用的融合能源，这将是对Rostoker的原始愿景的惊人验证。罗斯托克的决心追求一个非常规科学的方法，随后他与德国人依靠私人资金的决定，已经有了巨大的涟漪效应。现在有超过十几个初创公司追求融合计划。“有时在生活中，曲线球来到你的方式，你只需要有足够的直觉感到掌握它们，”德德尔巴尔说。“与诺曼一起工作是我所做的最好的决定。”

他仍然来自他与罗斯特克的最后一次互动之一来吸引灵感。在2014年秋天，德德班伯在美国物理社会的会议上向一名融合的礼堂提供了一个融合的礼堂 - 在20世纪90年代后期的巴特地位后甜蜜的辩护 - 并希望与他的导师分享好消息。到这个时候，罗斯特听到了痴呆症的高级阶段，无法处理故事或承认他的朋友。即便如此，他可以访问足够的记忆，以指向墙壁上的框架照片，显示TAE工作人员聚集在C-2反应堆周围。Binderbauer生动地召回这一刻。“你知道这是什么？'他问我。我说，'不，告诉我诺曼，它是什么？“他说，'这是我所开始的公司，我最好的学生运行之一。我们要去距离。我们将在经济上成功融合。它会改变世界“。”

Binderbauer用一个不透明的混合物看着我。“这是一个悲伤的故事之一，也是一个非常漂亮的故事。这是一个想法的胜利。“

Corey S. Powell喜欢探索物理和天文学的外部可能性。他写了有博客和共同主持科学规则播客。@coreyspowell.

引导形象：由TAE Technologies提供