英國衛(wèi)報發(fā)表署名Stuart Clark的文章，題目是：Fusion power might be 30 years away but we will reap its benefits well before(聚變發(fā)電可能還需要30年的時間，但我們很早就會從中獲益)。
核聚變研究在從治療癌癥到電動汽車的優(yōu)質電池等各個領域都有潛在的巨大實際應用。
1776年3月，詹姆斯·瓦特的第一臺商用蒸汽機在英國西米德蘭茲郡蒂普頓的布盧姆菲爾德煤礦安裝時，被譽為機械奇跡。然而，當時很少有人能預料到蒸汽機會改變世界。該技術最初是為了從礦山抽水而開發(fā)的，后來在許多行業(yè)和應用中得到了應用，引發(fā)了工業(yè)革命?，F在，根據那些致力于聚變能源發(fā)電廠開發(fā)的人的說法，我們正處于類似轉型的風口浪尖。伯明翰TAE電力解決方案公司首席戰(zhàn)略官Lu Fong Chua表示：“我認為這項工作具有與當年瓦特相同的通用技術特征。”
聚變是使恒星發(fā)光的能量產生機制。有一種說法是，地球上的人類工程聚變發(fā)電目標總是“30年后”。但如果我們能讓聚變最終發(fā)揮作用，有望提供如此大量的清潔能源，我們最終將能夠擺脫化石燃料。由國家資助的大型項目，以及越來越多的私營初創(chuàng)公司，都報告了許多業(yè)內人士現在認為將導致可行的聚變能源的突破。
2022年，英國政府宣布了位于諾丁漢郡西伯頓的球形托卡馬克能源生產(STEP)項目的選址，這突顯了他們的樂觀態(tài)度。該示范工廠旨在到2040年代向國家電網供電。在開發(fā)這種聚變發(fā)電廠的過程中，我們正在創(chuàng)造新的技術和解決方案，其范圍遠遠超出了能源生產的任務。
在英國，原子能管理局(UKAEA)在牛津郡的Culham建立了聚變集群，以推動聚變產業(yè)的發(fā)展。自2021年成立以來，該集群已從少數幾家公司發(fā)展到200多家。雖然關鍵目標仍然是開發(fā)到2040年代建造英國商業(yè)聚變發(fā)電廠所需的技能和技術，但將分拆商業(yè)化也是當務之急。該中心的開發(fā)經理Valerie Jamieson說：“聚變集群的作用之一是告訴人們，不僅聚變時代即將到來，而且在我們擁有第一座聚變發(fā)電廠之前的幾年，它就有價值，因為我們已經出現了這些早期應用技術。”
正如Shine Technologies的創(chuàng)始人兼首席執(zhí)行官Greg Piefer在21世紀初意識到的那樣，這是一個刺激投資的領域，當時他看到開發(fā)商業(yè)聚變能源將是一條漫長而昂貴的道路。這促使他思考如何在開發(fā)過程中就獲得利潤，這樣投資者就可以看到更直接的回報。他說：“這對核聚變商業(yè)化的使命至關重要。”
目前，聚變衍生技術在四個關鍵領域發(fā)揮著關鍵作用。
——推進系統(tǒng)
聚變反應堆必須做的一件看似不可能的事情是將氣體限制在1億攝氏度左右，這個溫度足以熔化任何材料。幸運的是，在這個溫度下，氣體會帶電，因此可以通過磁場來控制。磁場的強度決定了反應堆的大小，從而決定了建造它的成本效益。因此，制造高效磁鐵一直是Tokamak能源公司的核心目標，該公司是聚變星團的一部分，總部位于牛津郡米爾頓公園。2023年，他們宣布創(chuàng)建新一代高溫超導磁體，其提供的穩(wěn)定磁場比現有技術強10倍甚至20倍。Tokamak首席執(zhí)行官Warrick Matthews表示，這種磁鐵不僅為可行的聚變技術應用開辟了道路，而且“可以改變現有市場并創(chuàng)造新市場”，其中一個領域是磁流體動力學(MHD)驅動器的創(chuàng)建。自20世紀50年代以來，理論家們就知道MHD驅動器利用磁場產生帶電流體射流來推動車輛。由于沒有運動部件，所以不會磨損。
——醫(yī)療應用
聚變過程可以使用幾種可能的反應來產生能量。1998年，TAE選擇了硼原子與質子的聚變，這讓他們對治療癌癥的古老研究計劃大開眼界。20世紀30年代的原子先驅們表明，硼與中子粒子反應分裂成鋰和氦具有很強的親和力。1936年，賓夕法尼亞州富蘭克林研究所的Gordon Locher指出了這種反應破壞癌細胞的潛力。隨著鋰和氦的反沖，它們將能量沉積在大約5-9微米的范圍內，這相當于典型的癌癥細胞的大小。這種突然釋放的能量會破壞細胞。
雖然硼可以通過藥物引入患者體內，但在20世紀中葉找到合適的中子源是一個大問題。從歷史上看，患者必須被帶到核反應堆，并暴露在其核心的中子中。不太理想。現在，問題幾乎解決了。TAE聚變計劃的一項關鍵創(chuàng)新是創(chuàng)建了緊湊型粒子加速器，可用于產生緊密聚焦的中子束。在聚變中，它們被用來為反應堆提供燃料。TAE生命科學公司首席執(zhí)行官Rob Hill表示：“我們能夠將這些光束重新配置用于醫(yī)療目的。”該公司目前正在與伯明翰大學醫(yī)院和倫敦大學學院醫(yī)院討論安裝實驗設備。與此同時，Shine Technologies正在其位于威斯康星州Janesville和荷蘭Veendam的工廠生產镥-177，這是一種醫(yī)學上有用的同位素。
镥也用于靶向癌癥，類似地通過與癌癥細胞結合的藥物遞送。與硼不同，它不需要中子來激活它。相反，它具有放射性，半衰期約為六天半，發(fā)出高能電子，將癌癥細胞撕裂。它還發(fā)射伽馬射線，開啟了醫(yī)療成像設備的可能性，可以跟蹤癌癥的進展和治療的有效性。然而，半衰期如此之短意味著這種同位素在自然界中并不存在，因此必須使用聚變技術來制造。
——工業(yè)影像
點燃聚變的一種方法是使用激光壓縮和加熱氫燃料顆粒。21世紀初，在加利福尼亞州勞倫斯利弗莫爾國家實驗室研究實現這一目標所需的激光時，物理學家Markus Roth及其同事發(fā)現，如果他們將目標改為薄箔材料，他們可以將箔中的粒子加速到巨大的速度。
2021年，Roth在德國達姆施塔特建立了“聚焦能源”公司，開發(fā)了一種能夠以現有技術100倍強度加速中子束的激光系統(tǒng)。中子可以像X射線一樣用于成像，但更具穿透性，這意味著它們可以看到更致密的材料內部，Roth目前正在與土木工程公司討論部署該系統(tǒng)，以檢查混凝土建筑和橋梁內的鋼材是否有腐蝕跡象。同樣的技術也可以產生稱為μ子的粒子，從而開辟更大的成像項目。當太陽粒子撞擊地球高層大氣中的原子時，會自然產生μ子。它們具有巨大的穿透力，在2011年福島核事故后被用來定位熔融的反應堆堆芯。
2017年，一組類似的探測器在埃及吉薩大金字塔中發(fā)現了一個以前隱藏的房間。地質學家利用μ介子來研究火山爆發(fā)前巖漿的運動，缺點是自然產生的μ介子數量相對較低。把手舉到太陽前，每秒只有一個μ介子穿過你的手掌。因此，對福島核電站的核心進行成像花了五個月的時間。Roth的激光方法可以將μ介子的數量提高10000倍，大大加快成像過程，盡管目前研究火山的足夠大的系統(tǒng)的開發(fā)仍在未來的某個地方。
——核廢料處理
目前，聚光能源公司最大的衍生項目是與德國政府簽訂的一項合同，該合同將建造第一個用于檢查核廢料容器的激光驅動中子源。德國在2023年關閉了最后一座核電站，現在必須處理幾十年來堆積的核廢物。聚焦能源的成像系統(tǒng)將確定桶內物質，以及廢物的狀況，以便它們能夠安全地最終儲存。
在大西洋彼岸，Shine計劃更進一步。如果中子束可以變得更強烈，它可以將廢物轉化為危害較小的物質，而不是使用中子對廢物進行成像。例如，傳統(tǒng)的核反應堆將鈾-235或钚-239分解以產生能量。廢料是碘-129，半衰期超過1500萬年。然而，如果它可以被高強度中子束轟擊，它將轉化為碘-128，其半衰期僅為25分鐘。事實證明，許多聚變發(fā)電廠將大量制造出實現這一目標所需的中子。因此，未來的反應堆不僅將解決世界能源問題，而且可以用來幫助清理第一批核反應堆留下的骯臟遺產。
