以下文章来源于悦智网 ，作者Mark Harris

悦智网.

悦智网是IEEE Spectrum中文版《科技纵览》杂志官网。IEEE Spectrum是国际期刊界卓越的技术写作和报道的一盏明灯。我们旨在提供一个跨学科技术领域的“全局”，让读者了解工程学、科学和技术领域的创新成果与发展趋势。

华盛顿州埃弗里特是全世界聚变初创公司最集中的地方。

华盛顿州埃弗里特是航空业巨头波音公司的所在地，而在该城市一个不知名的办公园区，初创公司Zap Energy正在试验一个反应堆原型机，该反应堆正在通过核聚变产生高能中子，但还不足以将电力送到电网。

不到2英里外，有一座Helion Energy公司的设施，这是Helion Energy从波音公司的一家承包商处购得的，该设施内有一台可运行的聚变原型机，该原型机的一部分由航空航天业的退役人员建造。

预计Zap Energy公司最终的商业聚变反应堆能够可靠地生产足以供3万户家庭使用的电力，而原型机的体积不会比办公桌大。只需增加了一个液态金属“毯”、热交换器和蒸汽涡轮机，将高能中子转化为电能。该核芯反应堆比一辆Mini Cooper还小。

这种极简风格的聚变方式与法国南部城市街区大小、初具规模的大型项目国际热核聚变反应堆（ITER）形成了鲜明对比。这座拖延已久、公共资助的反应堆投入使用时，高度将达到30米，重量超过18辆迷你库珀。中国、欧盟、美国和其他合作伙伴为此耗资超过220亿美元。（Helion Energy公司的反应堆比Zap Energy公司的反应堆略大，高约2米，长约12米。）

“驱动成本的两个主要因素是复杂性和规模。”Zap Energy公司的高级研究科学家德里克•萨瑟兰德（Derek Sutherland）说，“Zap Energy公司擅长降低和缩小这两项因素，该系统没有低温，没有超导线圈，没有辅助加热和磁体。”

聚变的核心原理是增加离子的动能，直到它们运动速度足够快（也就是足够热），能够克服相互的静电排斥，然后碰撞并融合。ITER 反应堆采用传统的托卡马克设计，旨在激发比太阳热10倍的燃烧等离子体。它规模庞大的原因很简单：规模越大，产生的能量就越多。

不过，必须实现一个关键的平衡，离子越快、越热，就越难以被约束。维持ITER 的聚变反应将需要一组巨大的低温冷却超导磁体。

Zap Energy公司和Helion Energy公司发现，如果不像ITER 那样试图诱导聚变反应持续进行，而是将聚变活动的短脉冲串在一起，将会更简单。Zap Energy公司的反应过程是操纵氘（氢的同位素）等离子体，利用磁力将其挤入一个紧密的分馏塔中，类似用于将原油分离成汽油和煤油等蒸馏油的蒸馏塔。不同层的氘等离子体流动的速度不同，保持等离子体稳定并产生高能中子，直到其坍塌。

Helion公司则将氘与氦-3融合，氦-3是一种非常稀缺的氦同位素，一些专家甚至建议到月球上开采氦-3。Helion公司的第七代反应堆原型机Polaris应该能够从氘中产生氦-3。Helion公司表示，目前它已经产生了少量氦-3。虽然氘-氦-3反应产生的中子相对较少，但这不是问题，因为Polaris能够直接从聚变反应中产生电，而不是用沸水产生蒸汽。每次聚变脉冲都会导致等离子体膨胀，增加其磁通量，并在磁线圈中产生感应电流。这些电流最后会流回巨大的电容器，这些电容器可提供启动聚变反应的能量。

Zap公司计划的现实时间表是5年到10年内实现发电，而Helion公司已经向微软公司出售了50兆瓦电力，将于2028年交付。

Helion公司预计于2024年1月完成组装最后一台Polaris原型机。反应堆将在年内逐渐提高功率和加压。“如果一切按我们预期的方式进行，那么我们应该能够从聚变系统中回收足够的电磁能，为这些电容器充电，还能有一点额外的能量。”Helion公司的创始人兼首席执行官大卫•科特利（David Kirtley）说，“这一点额外的能量就是净电量。”

作者：Mark Harris

END

中国大学物理教育MOOC联盟2023年工作会议（扩大）暨典型案例交流会 会议纪要花絮︱中国大学物理教育 MOOC 联盟 2023 年工作会议(扩大)暨典型案例交流会准备就绪，静待您来！中国大学物理教育 MOOC 联盟 2023 年工作会议（扩大）暨典型案例交流会即将开幕2023年全国高等学校物理基础课程教育学术研讨会 会议纪要2023 年全国高等学校物理基础课程青年教师讲课比赛在喀什大学举办全国大学物理实验教学对口支援（智力援疆）研讨会在新疆师范大学举办王青教授：理解王中林院士“拓展的麦克斯韦方程组”“碰瓷”麦克斯韦：伽利略协变和洛伦兹协变电磁场论趣谈热点：运动介质洛伦兹协变电磁理论2021年《物理与工程》优秀论文、优秀审稿专家、优秀青年学者名单王青教授：源自苏格拉底的问题驱动式教育——在互动中共同学习和成长读后感：教育中的现实和远方王青教授：昨晚（6月9日），清华电动力学期末考试朱邦芬院士：“减负”误区及我国科学教育面临的挑战《物理与工程》2022年第6期目录乐永康：新冠肺炎疫情防控下美国物理实验教学及中美情况对比顾牡：对于重新制定的《非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求》的认识和体会朱邦芬院士：从基础科学班到清华学堂物理班朱邦芬院士：对培养一流拔尖创新人才的思考李学潜教授：物理是一种文化李学潜教授：如何帮助物理系学生迈过从高三到大一这个坎穆良柱：物理课程思政教育的核心是科学认知能力培养穆良柱：什么是物理及物理文化？穆良柱：什么是ETA物理认知模型穆良柱：什么是ETA物理教学法吴国祯教授：我的国外研究生经历印象——应清华大学物理系“基科班20年·学堂班10年纪念活动”而写

陈佳洱，赵凯华，王殖东：面向21世纪，急待重建我国的工科物理教育王亚愚教授：清华物理系本科人才培养理念与实践葛惟昆教授：关于中外人才培养的几点思考安宇教授：为什么传统的课堂讲授模式需要改变安宇教授：其实教学就是积累的过程刘玉鑫教授：关于本科生物理基础课程教学和教材编著的一些思考沈乾若：重创理科教育的美加课程改革Henderson C：美国研究基金支持下的物理教育研究及其对高等物理教育的影响《物理与工程》期刊是专注于物理教育教学研究的学术期刊，是中国科技核心期刊，1981年创刊，欢迎踊跃投稿，期刊投审稿采编平台：

http://gkwl.cbpt.cnki.net

欢迎关注

《物理与工程》微信公众号

原标题：《美国的聚变之城：华盛顿州埃弗里特》