## Helion能源公司希望按照初创企业的时间线建造核聚变发电设施

这家公司表示其脉冲等离子体机器计划在未来向电网供电。一些物理学家警告称，该公司的承诺超出了这项技术已被证实的能力。

Helion的第七代原型机Polaris在使用氘氚燃料的测试中发出粉色光芒，这表明热核反应正在进行。Helion

华盛顿州马拉加镇以东——一个位于苹果种植区的农业小镇——哥伦比亚河在玄武岩峭壁间流淌，经过罗克岛大坝，该大坝长期以来为太平洋西北地区将水能转化为电能。如今，在附近一片平坦的土地上，一个截然不同的电力项目正在形成。

HelionEnergy是全球资金最充足的私营核聚变公司之一，它正在建造名为Orion的项目——该项目资金充足、目标宏大，并且与人工智能对电力的巨大需求息息相关。

Helion公司首席执行官大卫柯特利表示：Helion和其他所有企业都面临着压力。对于核聚变永远还有20年才能实现这个老笑话，他早有准备：我会说，我们已经晚了20年。我们需要加快步伐，建造这些（装置）并大规模部署。

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核聚变是轻原子核（如氘、氚）在高温高压条件下聚合为较重原子核（如氦）的过程，此过程会释放巨大能量。它清洁且能量密度极高，太阳及恒星的发光发热均源于核聚变反应。目前人类正研究可控核聚变技术，若能突破，有望成为解决未来能源问题的重要途径。

私人资金已涌入该领域。大型科技公司正与核聚变企业签署电力协议，而此时距离任何商用核聚变装置产生电力还有数年时间。人工智能并非引发这股热潮的唯一原因，但它加剧了紧迫感。数据中心需要惊人数量的全天候电力；核聚变初创企业则在兜售一条获取稳定无碳电力的途径。橡树岭国家实验室核聚变能源部门主任特洛伊卡特表示：这种情况肯定与其他任何能源技术都不同，他补充道，或许与其他技术也不同。

但你无法用钱绕过物理定律。即使Orion基地的围墙不断升高，围绕该公司大胆承诺的诸多疑问仍在发酵——其中包括来自Helion的一位联合创始人的疑问。

核聚变在恒星中一直发生。但在地球上实现它要困难得多：首先，必须将轻核加热到1亿摄氏度以上使其成为等离子体，然后保持它们足够热、足够密集且足够稳定，以便发生足够多的反应。这是第一个挑战。

燃料和材料带来了更多难题。最实用的核聚变燃料——氘和氚，两者都是氢的同位素——会释放出快速中子，这些中子撞击周围环境，会损坏本应容纳反应的机器。而且氚具有放射性，半衰期相对较短（为12年），在自然界中几乎不存在。任何使用氘氚燃料的反应堆都需要自行生产氚供应——正如卡特所言，这是该行业尚未认真解决的诸多难题之一，他们只能寄望于国家实验室来承担这一任务。

总部位于华盛顿州埃弗雷特的Helion公司正押注于一种较为冷门的核聚变理念。FRC等离子体在吸收更多能量时难以稳定，这是众所周知的。

Trenta是Helion的第六代原型机，在测试期间产生了1亿摄氏度的等离子体温度——这是私人聚变装置的一项纪录。Helion

关于FRCs的独特之处：我们称它们为‘自组织的’，实验物理学家约翰斯洛说。这就像转陀螺一样。但如果你试图胡乱摆弄它，只会把它搞砸。

斯洛花了数十年时间努力维持这一想法的生命力。此前，针对替代核聚变概念的联邦支持已基本枯竭；当时在华盛顿大学的斯洛依靠NASA和美国空军的小型太空推进合同，以微薄的资金继续研究。一个关键洞见是，在反应堆两端通过磁脉冲可以形成两个FRC等离子体团，它们以每小时高达160万公里的速度相互加速，碰撞并融合——利用碰撞本身作为达到核聚变温度的捷径。反应在几毫秒内发生：通过快速的脉冲流，燃料被反复加热、压缩和膨胀以产生电能。

一段时间前，Slough在他的小型研发公司MSNW聘请了当时还是年轻航空工程师的Kirtley。随着联邦资助逐渐减少，Kirtley看到了Slough没有注意到的一点——当公共资金枯竭时，一些被搁置的概念会转化为初创企业。

Helion方法的另一个不同寻常之处在于反应后的过程。大多数核聚变发电厂设计要求利用核聚变产生的热量来烧水、驱动涡轮机并带动发电机。Helion则跳过了这个热循环。当聚变脉冲后合并的等离子体膨胀时，它会反向推动磁场，并在机器周围的线圈中直接感应出电流。Helion声称，当等离子体直接产生电流时，其电力回收效率可超过95%。这个数字至关重要。

柯特利表示：我们技术的核心是直接电能回收。如果能以95%的效率回收电能，核聚变只需要完成那最后一小部分工作。卡特认为，这方面是Helion最明显的技术优势——前提是它能奏效。他说：这对Helion来说是一个真正的优势，如果他们能做到这一点，确实会降低他们所需增益的门槛。

这个如果就是关键所在。Helion公司已打造出七台原型机，每一台都比上一台更强大。最新的一台名为Polaris，是一台19米长的装置，其电容器组能够存储并释放每脉冲高达50兆焦耳的惊人能量。近期，Helion公司宣布，位于埃弗雷特市一座3万平方英尺设施内的Polaris已达到创纪录的1.5亿摄氏度，且据该公司称，它已成为首台用于演示氘氚燃料核聚变的私有研发聚变装置。

工程挑战一直非常艰巨。Helion公司不得不将研究级开关替换为能承受数亿次脉冲的固态硬件。为给机器供电，该公司还制造了数千个专用高压电容器；Polaris需要的这种充油设备数量足以填满150个集装箱。在每次快速重复过程中，所有电气系统必须以纳秒级的时序完美同步工作。Helion联合创始人安东尼潘科蒂说：每次脉冲都会出现‘一道闪光，就像相机闪光灯一样’，‘它会产生核聚变，并在你眨眼之前回收能量’。

这种方法塑造了Helion的制造雄心。它设想了许多模块化发电机，在工厂制造并像能源服务器机架一样运送给客户。该公司雇佣了约600人，重点是技术人员而非科学家。

此前，Helion宣布了其所谓的核聚变领域首份购电协议，承诺在未来开放其马拉加工厂，并在之后一年向微软供应50兆瓦电力，若未交付将承担财务处罚。数月后，该公司又与钢铁制造商Nucor达成了一项500兆瓦的开发协议。Altman近期从该公司董事会离任，当时OpenAI与Helion正探讨潜在的合作机会。

你无法通过花钱来规避物理定律。

但电力协议和能正常运行的发电厂不是一回事。Helion的历史与许多核聚变项目一样，包含一系列未能按时完成的任务期限。该公司曾预计其早期机型能在计划时间内实现净电力输出。随着相关约定日期日益临近，目前尚无已发表的结果证实Polaris实现了净发电。

最尖锐的批评来自斯劳，他的场反向构型（FRC）研究曾助力Helion公司的创立。此后他与该公司分道扬镳，而他的反对意见直指设计的核心问题。他表示，核心问题与场反向构型装置一直面临的问题相同：约束问题。在他看来，Helion公司采用的以极高速度将等离子体射向彼此并压缩的激进方法，会引发严重的不稳定性，导致在聚变产生Helion所需的能量之前，就出现灾难性的通量损失。他说，在那样的速度下，你会遇到场反向构型装置的一个基本特性。

赫利昂公司的长期目标引发了第二重批评。该公司最终希望猎户座装置以氘和氦3为燃料运行，这样产生的高能中子会更少，并能最大限度地直接捕获电能。但氦3（由氚的放射性衰变产生）极为稀少，且实现聚变反应难度更大，需要约2亿摄氏度的温度。斯洛表示，赫利昂的设计在物理层面无法满足其所需的热量和约束条件。他曾认为存在可行的路径，但现在从物理学角度看不到任何能实现这一点的可能性。

柯特利反驳称，斯劳依赖过时的一维模型，这些模型忽略了脉冲的速度。许多不稳定性没有足够的时间发展，他表示，并认为Helion的机器足够稳定，能够在所需的时间尺度内完成形成、合并、压缩和聚变过程。Helion计划从氚中增殖氦3，并表示其模型显示，它可以将超过85%的等离子体能量转化为可用电能。

还有透明度的问题。Helion几乎不发表关于其等离子体核心性能的同行评审数据，这使得外部科学家难以评估其主张。他们不发表，这是他们采取的立场，卡特说。他补充道，没有更多数据，很难全面评估他们的进展方向。

另一种审视来自德国马克斯普朗克等离子体物理研究所的KarlLackner，其团队此前在《聚变能源杂志》上发表了正式评论。他们针对的是Kirtley和Helion科学家RichardMilroy发表的一篇论文，该论文阐述了该公司氘氦3方案的物理依据。其预期能量增益的核心观点是，等离子体中的离子在碰撞和压缩后能保持远高于电子的温度——这一条件将减少维持反应所需的能量输入。Lackner团队认为，一旦考虑到普通的碰撞能量转移，所需条件会比Helion的分析所显示的苛刻得多。

就其本身而言，Helion表示，Lackner的分析没有考虑到其脉冲的节奏。有利的离子电子温度比能提高效率，但问题不在于离子能否永远保持比电子热，而在于脉冲的演化速度是否足够快，以便这种非平衡状态能够支持高效的核聚变和能量回收。

这并不意味着Helion会失败。核聚变领域长期以来存在承诺的期限难以兑现、突破迟迟到来的情况。但私人核聚变项目改变了该领域的发展节奏，迫使供应链和制造相关的问题进入了一个几十年来一直专注于实验室科学的领域。

卡特曾在一份美国能源部报告中为首个聚变试验工厂设定了目标，而在私人资本加速这一时间线后，他认为在未来十年内建成试验工厂是可行的。但他强调，没有任何一家公司能独自实现这一目标。

供应链这一方面就足以说明原因。Helion公司自主生产电容器和超高压陶瓷；其他核聚变企业也需要类似组件。总部位于马萨诸塞州的CommonwealthFusionSystems正在建设基础设施，以生产其所需的高温超导磁体。但没有哪家初创企业能独自完全应对这些工业规模的障碍。近期，美国能源部下属的能源高级研究计划署（ARPAE）宣布将投资1.35亿美元——这是其迄今为止最大的核聚变投资——用于解决商业规模核聚变面临的最棘手技术障碍。如果公共部门有办法填补这些供应链缺口，卡特表示，这正是我们应该关注的事情。

在马拉加附近，建设仍在继续。Orion项目正在哥伦比亚河上游的平原上兴起。不远处，Helion公司正准备建设一座新的组装厂，用于组装数千个复杂部件。下游不远处，大坝仍在将下落的水流转化为电力。

Helion能否按时交付尚不确定，核聚变能否在未来一段时间内为电网做出有意义的贡献也同样不确定。物理原理层面仍需突破。但通过将核聚变视为制造挑战而非主要科学挑战，Helion已经改变了行业对其可能性及实现速度的认知。

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核聚变是轻原子核（如氘、氚）在极高温度和压力下聚合为较重原子核（如氦）的过程，此过程会释放巨大能量。它具有原料丰富、产物清洁无核废料等优点，被视为解决未来能源危机的重要潜在途径，目前全球多国正积极开展相关研究与实验。

BY: Alex Pasternack

FY: AI

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