随着数据中心等 AI 基础设施的用电需求爆炸性地增长，人类迫切需要一种清洁、可靠、高效的能源解决方案。
在这样的背景下，核聚变技术受到了越来越多的关注。近年来，该领域吸引了数十亿美元的私人投资，反映出投资机构对这一革命性能源技术的信心。
近日，美国初创公司 Acceleron Fusion 宣布完成 2400 万美元 A 轮融资，这笔资金将用于开发其反应堆核心部件的原型。
与传统核聚变方式不同，该公司采用了一种被称为“μ 子催化核聚变”的创新技术，这项技术最早可以追溯到 20 世纪 50 年代。
图｜部分员工在质子加速器旁拍照（来源：Acceleron Fusion）
阿拉克奈恩（Ara Knaian）和塞斯纽伯格（Seth Newburg）是该公司的两位联合创始人，凭借敏锐的洞察力，他们重新审视了这项曾经被搁置的技术。
克奈恩是一位电气工程师，同时也是公司的 CEO，拥有美国麻省理工学院的电气工程博士学位。而纽伯格则拥有麻省理工学院机械工程学士学位和美国波士顿大学生物医学工程博士学位。
他们最初在自己创立的产品设计咨询公司 NK Labs 开始了这项研究，并于 2020 年获得了来自美国能源部高级研究计划局 200 万美元的资助。
随后，正式成立了 Acceleron Fusion，其总部位于美国马萨诸塞州剑桥市。
μ 子催化核聚变的原理令人着迷。μ 子是一种与电子属于同一家族的亚原子粒子，但质量是电子的约 200 倍。
在自然界中，这种粒子会在宇宙射线撞击地球外围大气时产生，但也可以通过粒子加速器人工制造。
当 μ 子束轰击核燃料时，μ 子会取代燃料原子中的电子。由于 μ 子质量更大，这种替代会使氢分子中的化学键长度缩短到原来的约 0.5%。
这种显著的距离缩短使得原子核之间足够接近，强核力便会发挥作用，促使原子核结合，从而释放出巨大的能量。
这种方法最大的优势在于，其运行温度远低于传统的核聚变方式。
值得关注的是，Acceleron Fusion 的反应堆运行温度仅需 1000℃ 以下，而传统的磁约束或惯性约束聚变则需要数百万度以上的超高温度。
（来源：Acceleron Fusion）
这意味着，他们无需使用复杂且耗能的强大磁体或激光系统来约束等离子体。这种技术简化不仅降低了工程复杂度，还为设计带来了更大的灵活性。
目前，该公司已在瑞士维利根保罗谢勒研究所的测试设施中，实现了 100 小时的持续聚变。
此外，他们还与美国费米实验室、美国橡树岭国家实验室、美国阿贡国家实验室以及多所大学建立了合作关系。
虽然这些实验主要是为了收集数据，而不是产生可用的（净）能量，但这标志着一个重要的技术里程碑。
特别是在 2024 年 10 月，Acceleron Fusion 公司在比以往更高的压力下，成功运行了聚变装置。
然而，这项技术仍面临着严峻的挑战。
麻省理工学院专攻核聚变能源的丹尼斯怀特（Dennis Whyte）教授指出，与其他核聚变方法相比，μ 子催化聚变最大的障碍在于反应速率的基础物理问题。
μ 子的寿命仅有 2.2 微秒，且在约 1% 的情况下会粘附在聚变反应产生的其他粒子上，这使得每个 μ 子通常只能参与约 100 次聚变反应。
1986 年，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室创下了每个 μ 子参与约 150 次聚变反应的记录，但这个数字仍然不足以实现能量的“收支平衡”。
（来源：Acceleron Fusion）
为了克服这些挑战，Acceleron Fusion 正在多个方面进行创新。
首先，他们致力于降低产生 μ 子所需的能量。
克奈恩指出，其加速器的效率已从 20 世纪 80 年代的约 20% 提高到了现在的 50%，美国能源部更是将下一代加速器的目标效率定在 75%。
其次，他们设计了一种新型 μ 子源。
该公司的计算机模拟表明，在目标内部感应电场和磁场可以帮助更有效地收集和聚焦粒子。
同时，研究人员还试图通过将燃料在金刚石砧中压缩到 1 万到 10 万磅力/平方英寸（PSI，Pounds per square inch）之间（远高于之前的实验），来增加每个 μ 子发生的聚变反应数量。
从经济角度来看，Acceleron Fusion 的目标是将平准化电力成本降至 0.025 美元/千瓦时，低于目前天然气的 0.037 美元/千瓦时。如果成功，这将是一场真正的能源革命。
不过，在实现能量盈余之后，商业化核聚变电站还需要产生至少五倍于输入能量的输出才具有实用价值。
这对 μ 子催化聚变来说更是一个巨大的挑战，因为与磁约束方法相比，它暂时还无法像等离子体那样达到自热和自持续状态。
在全球数据中心能耗激增、清洁能源需求迫切的今天，核聚变能源的重要性不言而喻。
尽管通往商业化的道路仍然漫长，但核聚变研究从不是徒劳的，无论是否走得通，它总能推动我们的科学和技术能力达到新的高度，为后人所用。
参考资料：
https://spectrum.ieee.org/assessing-the-impact-of-ev-smart-charging-on-grid-response
https://collabfund.com/blog/acceleron-fusion-muon-catalyzed-nuclear-fusion/
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