Google 进军核聚变领域,这会是未来理想的新能源吗?

编者按:人类一直想获得干净、安全、无限的能源,核聚变承载了这样的希望,由于气候变化带来了更大挑战,我们需要削减碳排放,这种趋势变得越来越明显,大家对核聚变的兴趣也越来越浓厚。近日,Google 宣布与一家领先核聚变公司携手合作,开发了一套新的计算机算法,它可以明显加快等离子体实验的进度,推动能源技术的进步。

Google 的加入

上文提到的这家核聚变公司名为 Tri Alpha Energy,曾得到了微软联合创始人Paul Allen的支持,获得了5 亿美元的投资。这次与其合作的是 Google 研究(Google Research)部门,开发所谓的 Optometrist 算法,可以将高性能计算与人类判断结合起来,为复杂问题找到新的、更好的解决方案

核聚变就是原子在极端温度下结合并释放大量能量,它是一门相当复杂的技术。核聚变的物理反应涉及到非线性现象,也就是小小的改变可以对结果造成很大影响,在工程上如果要让等离子体暂停是相当困难的事。

Google 加速科学团队(Google Accelerated Science Team)的Ted Baltz说:“尽管Google拥有庞大的计算资源,这件事还是超出了我们的所知范围。”正因如此,科学家将计算机学习方法与人类输入结合,然后让研究人员选择。研究人员根据直觉挑选自己认为最有希望的选项,相当于测试眼睛时挑选最清晰的文本。

Baltz说:“我们将问题归结为一点:‘让我们找到等离子体是怎样行动的,这些行动是人类等离子体物理学家认为有趣的,当我们这样做时不要干扰机器。人类与计算机合作可以将工作做得更好,比单独做更好,这是一个很好的例子。”

当前,Tri Alpha Energy 正在用C2-U机器做实验,有了Google的帮助,实验进度明显加快,以前可能需要一个月,现在只要短短几小时。算法告诉我们等离子体的运行有什么异常之处。团队将系统能源损失降低了50%,这样一来总的等离子能就会增加,只有达到关键临界点聚变才能进行。

Tri Alpha Energy总裁、CTO Michl Binderbauer说:“如果没有先进的计算技术,要完成这样的事可能要好几年。”他还说公司的目标是在10年之内发电,最近,Tri Alpha Energy还邀请美国前能源部长Ernest Moniz加入董事会。

C-2U 机器每8分钟就能完成一次实验。当中包括这样一个过程:用一束氢原子轰击等离子体,让它在一个磁场内旋转最多10毫秒。这样做主要是看等离子体是否像理论预测的一样行动,看它是否按理想路线行进,如果路线是理想的,聚变反应堆生成的能量就会比消耗的多。

有了Optometrist算法,研究人员可以找到正确的配置方式,看清哪种氢束能够完全平衡冷却损失,也就是说处理完成之后等离子体的总能量会上升。

现在C2-U正在被更强大、更复杂的机器Norman替代,新机器是根据公司联合创始人Norman Rostoker命名的。7月份,Norman生成了第一个等离子体,如果实验成功,接下来Tri Alpha Energy就会制造一台演示发电机。

其他核聚变项目

许多团体都在追求核聚变梦想,到目前为止规模最大的可能是Iter项目,这是一个由公共资金支持的项目,项目地点设在法国南部。整个项目投资180亿欧元,合作者包括美国、欧盟、中国、印度、韩国俄罗斯日本,Iter要建一个7层设施。

Iter 使用的是传统的托卡马克装置,也就是环形反应堆,它的目标是在2025年生成第一个等离子体,然后不断扩大规模,2035年输出功率达到最大。如果成功,Iter将会为第一座核聚变电厂奠定基础。现有核电站采用的是核裂变技术,不是核聚变。

一些团队也在开发不同的核聚变反应堆,其设计可能更好、更小。德国投资10亿欧元建了一个反应堆,2016年正式投入运营,它使用了仿星器,在里面等离子体环会变成莫比乌斯环(Mobius Strip)一样的形状,这样就可以连续运行,与托卡马克装置不同,托卡马克装置的等离子体是以脉冲形式运行的。

还有一些私营企业也在研究,它们聘请了许多经验丰富的聚变研究人员,General Fusion 正是这样一家公司,它用熔铅和锂旋涡牵制等离子体,这家公司获得了亚马逊创始人 Jeff Bezos 的投资。

2014年,洛克希德·马丁公司著名的Skunk Works团队曾经说过,10年之内它们就可以造出卡车大小的聚变厂,它的言论招来批评,批评者要求它公布细节。Tokamak Energy是一家英国公司,它使用的是粒子加速器技术与高温超导技术,还有其它一些公司也一样,比如Helion Energy 和First Light Fusion。

Tokamak Energy主管David Kingham说,Tri Alpha Energy的项目是一个激动人心的进步。他认为:“虽然在基础研究方面由公共资金支持的实验室表现更好,但是私人实验室创新速度更快,接受新技术的速度也更快。”4月份,Tokamak Energy的新反应堆生成第一个等离子体,这是5年内开发的第三个反应堆,公司的目标是在2018年让等离子体温度达到1亿度,这是核聚变需要的温度。

【编译组出品】编辑:杨志芳

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