金磊 豐色 發自 凹非寺

量子位 | 公眾號 QbitAI

一把22米的“長槍”開了一炮，直接讓可控核聚變大變天。

這把“長槍”，名字叫做Big Friendly Gun（BFG）。

它實則是由一家位于英國牛津的核聚變技術First Light Fusion（下文簡稱FLF）打造的超高速炮。

可以用每秒6.5公里的速度（19倍音速）向燃料靶發射彈丸，從而引爆核聚變。

重點來了。

這整個過程只花了不到4500萬英鎊，與傳統的激光和磁性約束裝置相比，成本是它們的千分之一！

這在世界范圍內還是首次，網友直呼“Holy XXX”……

或許你會問了，那這與我們有什么關系呢？

英國商業和能源部長Kwasi Kwarteng給出的評價是：

該技術可能在未來幾十年內徹底改變電力生產。

更具體一點來說，BFG可以在未來，讓一度的電價格低于0.05美元（約3毛錢）。

而聚焦到BFG背后的可控核聚變，這個領域可以說是在近兩年里十分火熱了。

像比爾蓋茨、貝佐斯等大佬，谷歌、微軟等大廠紛紛投資于此；國內像米哈游蔚來等企業也已經曝出相關投資動作。

而這次這位英國“大兄弟”的背后，卻站著一個中國大廠——騰訊（意不意外？）。

不過回到BFG本身，現在都在感慨可控核聚變“難”，那它又是如何做到又快又便宜的呢？

又快又便宜，怎么做到的？

核聚變，簡單來說，兩個輕原子核（主要指氘）在超高溫或高壓的條件下，遠離核外電子的束縛，結合成大原子核的過程。

由于這一過程，能以極高的效率會釋放巨大的能量。因而可控核聚變這種方式被寄予厚望。

目前共有兩種截然不同的實現方式：一個是磁性約束，一個是慣性約束。

大家所熟知的托卡馬克，就屬于磁性約束。

它大概就是用磁場將氘、氚等輕原子核和自由電子組成的、處于熱核反應狀態的超高溫等離子體約束在有限體積內，使它受控制地發生大量的原子核聚變反應，釋放出能量。

FLF用的這個方法，名叫“Projectile Fusion”（射彈聚變），它屬于慣性約束。

一般的慣性約束裝置是通過功率極大的激光照射目標（靶丸），使丸中的燃料（氘和氚）形成等離子體，在極短時間內，這些等離子體粒子由于自身慣性作用還來不及向四周飛散，就被壓縮到高溫、高密度狀態，從而發生核聚變反應。

該原理由王淦昌院士在1964年提出，也是最接近氫彈爆炸的真實物理過程。

不過相較于廣泛合作的磁性約束裝置，慣性約束方面的研究則比較低調和神秘。

目前比較知名的是美國點火裝置（National Ignition Facility，NIF），不過還沒有真正意義上的成就。

本次采用的“射彈聚變”，雖也屬于慣性約束，但它卻不靠激光束或電子束/離子束點火，而是靠一架超高速炮。

不知道這個炮的名字“Big Friendly Gun”是否來自于Doom(毀滅戰士)中的BFG，也就是人稱的“Big F**king Gun”。

“Big Friendly Gun”長約22米，重25000公斤，能以超音速近19.11倍的飛行速度發射100克的射彈，通過射彈高速壓縮靶丸內部燃料，就能達到聚變所需的壓力和溫度。

FLF表示，他們發射的彈丸在撞擊靶丸前達到了每秒6.5公里的速度，而在燃料內爆時已經加速到每秒70公里以上——這是地球上最快的物體。

燃料受到的壓力則有10TPa，也就是1億個大氣壓，比木星中心的壓力還要大。

如何利用該方法產生的能量？

這就要靠裝置腔室內液態鋰，它既可以用來吸收高速炮產生的聚變脈沖，還能防止室內溫度急劇上升，保護裝置。

然后再通過熱交換器（heat exchanger transfers）將鋰的熱量傳遞到水中，水產生蒸汽，就能使渦輪機轉動并發電了。

FLF表示，整個過程可以每30秒重復一次，流程并不復雜，裝備也沒有激光和磁性約束那么昂貴。

背后的公司出自牛津大學

聽起來非常激動人心，FLF這家公司又有著怎樣的背景？靠譜嗎？

它原來是從牛津大學分離出來的一家機構，成立于2011年，主營業務就是利用慣性約束聚變技術來進行能源發電，使全球快速實現能源的脫碳。

2021年，FLF采購到綽號為“BFG（Big Firendly Gun）”的二級超高速炮，并完成了安裝和調試。

今年2月，該公司獲得了4500萬美元的C輪融資，騰訊參與投資。

其余投資機構還包括Oxford Science Enterprises、Hostplus（澳大利亞養老基金公司）和IP Group plc（英國知識產權運營服務公司）和Braavos Capital（英國咨詢公司）。

至于融資的動向，當時公司表示，計劃利用這筆資金來加速完成增益實驗(即產生的能量超過了用于引發反應的能量)，并交付首例核聚變的研究結果。同時在工程和設計上進行更詳細的計劃，進一步開發全規模核聚變發電站。

加上前幾輪，FLF一共籌得資金總額為1.07億美元。

目前，該公司一共發展到60多名員工，CEO是Nicholas Hawker。

他從2007年在牛津大學讀碩博士時就開始研究核聚變。

他和Yiannis Ventikos是該公司的共同創始人。

Yiannis Ventikos則是肯尼迪大學機械工程教授、倫敦大學學院機械工程系主任以及英國皇家工程院院士。

Nicholas Hawker在此次成果中表示：

相信射彈聚變是商業上可行的聚變發電的最快途徑。

該公司下一步是快速開展“增益”實驗（能量輸出多于輸入），并在2030年用10億美元與發電商合作開發試電廠，生產約150兆瓦的電力。

可控核聚變到哪一步了？

這次FLF所采用的方法如剛才所述，是屬于慣性約束。

而在可控核聚變領域中，其實還有另外一種熱門的方法，那便是托卡馬克。

關于這一話題的歷史，最早可以追溯到20世紀30年代。

當時的科學家們，尤其是美國物理學家、諾獎得主Hans Bethe等發現，核聚變是存在可能性的。

而且一旦能夠實現可控核聚變，那便意味著可以提供無限的清潔能源，同時減少安全和廢物問題。

這也就是它能夠被稱為“能源生產皇冠上的明珠”的原因了。

而自那之后，科學家們便開始尋找能夠引發和控制核聚變反應的方法。

但一開始他們就面臨著一個令人頭痛的問題——核聚變反應需要數億度的溫度。

簡直太熱了，當時任何的固體室都沒法容納的下。

后來，物理科學家們就想到了“磁約束”的方法，也就是用磁場來控制熱等離子體。

于是在這種理論之下，剛才提到托卡馬克便應運而生。

第一臺托卡馬克是由蘇聯庫爾恰托夫研究所的阿奇莫維奇等人，在20世紀50年代發明的。

細算下來，至今全世界已經有200多臺托卡馬克被造出來過。

但由于現實情況要比理論復雜的多，這些托卡馬克大多都是建來做實驗、收集數據，然后拆掉再升級……

不過在這其中，有一臺便被寄予了厚望，那就是位于法國馬賽的ITER。

按計劃，ITER這臺托卡馬克，建成后半徑會達到6.2米，內部等離子體體積840立方米，總重量2.3萬噸，運行溫度比太陽核心高10倍，預計輸出功率達到500兆瓦。

除此之外，這個項目還計劃在2025年正式開始等離子體實驗，2035年進一步開始進行氘氚聚變實驗。

目前，俄羅斯、美國、歐盟、印度、日本、韓國和中國都是這項計劃的成員。

至于我國，也是在可控核聚變上有著不錯的進展。

例如我國研發的核聚變裝置東方超環（EAST）被稱為“人造小太陽”，是世界上第一個非圓截面全超導托卡馬克。

它的目標就是像太陽一樣發生核聚變為人類提供能源，至今也是在不斷取得突破：

2017年，全球首次實現5000萬度等離子體持續放電101.2秒的高約束運行；

2018年底，首次實現了1億度等離子體放電，等離子體儲能增加到300千焦；

2020年4月，在1億度超高溫度下運行了近10秒，創造了新的紀錄。

……

就在今年1月，EAST還實現了1056秒的長脈沖高參數等離子體運行，打破了自己保持的411秒最長放電紀錄。

而可控核聚變的火熱，不僅僅體現在國家層面上對其的重視；從商業角度來看，亦是如此。

除了像剛才提到的騰訊之外，米哈游前一陣子也是攜手蔚來資本，共同投資了一家叫做能量奇點的聚變能源商業公司。

更早的，像比爾蓋茨、谷歌和許多私募股權公司，共同投資過一家名為Commonwealth Fusion Systems（CFS）?的核聚變研究公司。

根據Crunchbase數據顯示，像杰夫·貝佐斯、Cenovus能源公司等個人和機構，也已經累計對General Fusion（通用聚變）公司投入了約1.27億美元。

DeepMind也在不久前在Nature上發表了一項研究，宣稱成功實現了用AI來動態控制托卡馬克的磁場，從而精準控制內部的等離子體。

……

不難看出，無論是國家、企業還是研究機構，目前均紛紛涉足并大力發展可控核聚變技術。

至于原因，或許就是：

在能源緊張的今天，誰先一步掌握新的能源技術，就意味著抓住了未來。

參考鏈接：

[1]

https://www.bloomberg.com/news/articles/2022-04-04/u-k-startup-s-big-friendly-gun-achieves-fusion-breakthrough

[2]https://firstlightfusion.com/media/fusion

（聲明：本文僅代表作者觀點，不代表新浪網立場。）