“核能”一詞很容易讓人聯(lián)想到經(jīng)典電影《鋼鐵俠》中的大型蒸汽塔或托尼·史塔克的電弧反應(yīng)堆。最近，有兩個(gè)西雅圖初創(chuàng)公司正在設(shè)計(jì)足夠小的核反應(yīng)堆，使其更易攜帶運(yùn)輸。這正好與美國(guó)國(guó)防部的需求一拍即合，并獲得收購(gòu)，美國(guó)國(guó)防部希望能夠?yàn)樾乱淮挠钪骘w船提供燃料。

1、國(guó)防部支持

位于美國(guó)西雅圖的雪崩能源公司(Avalanche Energy)和超安全核公司(Ultra Safe Nuclear Corporation)在5月份收到了五角大樓國(guó)防創(chuàng)新部門提供的資金，并且未披露金額數(shù)值，用于進(jìn)一步開發(fā)兩種不同的小型核能設(shè)計(jì)。

雪崩公司正處于核聚變的發(fā)展前沿，而超安全公司的目標(biāo)是徹底改變核放射性同位素電池，就像那些為火星探測(cè)器供電的電池一樣。

預(yù)計(jì)兩家公司將在2027年前向五角大樓交付功能性原型裝置。

“核能是一個(gè)有趣的領(lǐng)域，因?yàn)閭鹘y(tǒng)上這主要是在政府領(lǐng)域，”美國(guó)空軍少校瑞恩·威德(Ryan Weed)說(shuō)，他是國(guó)防部創(chuàng)新部門核推進(jìn)和動(dòng)力項(xiàng)目的項(xiàng)目經(jīng)理。

該部門是五角大樓在硅谷的前哨，專門與私營(yíng)企業(yè)合作，將新興技術(shù)用于軍事用途。

經(jīng)過(guò)60年的材料科學(xué)研究，核燃料相對(duì)安全，正在被私營(yíng)部門所接受。

氣候危機(jī)的出現(xiàn)，也使公眾輿論轉(zhuǎn)向接受核能作為化石燃料的可行替代品。

2、探索聚變

華盛頓大學(xué)一個(gè)實(shí)驗(yàn)室的負(fù)責(zé)人、聚變研究員克里斯·漢森(Chris Hansen)說(shuō)，計(jì)算機(jī)建模的巨大進(jìn)步使核能的商業(yè)開發(fā)變得更加可行。

華盛頓州立大學(xué)杰克遜國(guó)際研究學(xué)院講師斯科特·蒙哥馬利(Scott Montgomery)說(shuō)，華盛頓州與核研究的關(guān)系可以追溯到二戰(zhàn)時(shí)期的漢福德基地，該基地為美國(guó)生產(chǎn)了大部分钚，漢福德基地?zé)o可否認(rèn)地在該州培養(yǎng)了一種“核專業(yè)文化”。

如今，該州是商業(yè)核能初創(chuàng)公司的中心，尤其是試圖破解小規(guī)模核聚變奧秘的公司。

與裂變不同，裂變通過(guò)分解鈾等重放射性金屬來(lái)產(chǎn)生能量。當(dāng)兩個(gè)較小的原子核碰撞形成不同元素的較大原子核時(shí)，就會(huì)發(fā)生聚變，并在碰撞過(guò)程中釋放能量。

雪崩公司聯(lián)合創(chuàng)始人布賴恩·里奧爾丹(Brian Riordan)喜歡將融合想象成試圖將兩個(gè)尼龍搭扣覆蓋的磁鐵球粘在一起。

“魔術(shù)貼的作用距離很短，但如果你能把它們靠得足夠近，而且魔術(shù)貼很結(jié)實(shí)，它們就會(huì)粘在一起。”里奧爾丹說(shuō)。

很難實(shí)現(xiàn)融合，因?yàn)榫拖衲猃埓羁鄹采w的磁鐵一樣，帶正電的離子自然會(huì)相互排斥，把它裝在一個(gè)小容器里就更難了。

例如，35多個(gè)國(guó)家花費(fèi)了數(shù)年時(shí)間和數(shù)十億美元在法國(guó)南部建造了ITER托卡馬克裝置。這臺(tái)機(jī)器要到2025年才能啟動(dòng)，至少要到2035年才能投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。

與此同時(shí)，西雅圖的創(chuàng)業(yè)公司也開始在相關(guān)領(lǐng)域嶄露頭角。

3、雪崩公司

聚變工程最大的障礙——讓機(jī)器產(chǎn)生的能量超過(guò)消耗的能量，但總部位于西雅圖的Zap Energy公司上周宣布，預(yù)計(jì)在今年內(nèi)有一個(gè)工作原型裝置。

2021年，總部位于埃弗雷特的Helion Energy宣布將在埃弗雷特開始建造第一座商業(yè)核聚變反應(yīng)堆，預(yù)計(jì)完工日期為2023年。

雪崩公司由前藍(lán)色起源公司(Blue Origin)工程師賴爾登(Riordan)和羅賓·朗特里(Robin Langtry)共同創(chuàng)立，于2018年參加了聚變競(jìng)賽，并獲得了一種新的午餐盒大小的聚變反應(yīng)堆“Orbitron”專利

該裝置將真空室中現(xiàn)有的兩種儀器結(jié)合在一起，一種是“軌道捕捉器”，它在圍繞帶負(fù)電陰極的小軌道上利用帶正電的離子，另一種是“磁控管”，產(chǎn)生電子流。將電子引入反應(yīng)堆可以中和正電荷，并允許更多的離子進(jìn)入該空間，而將更多的離子堆積到該小空間中會(huì)以指數(shù)方式增加聚變的機(jī)會(huì)。

該團(tuán)隊(duì)正在改進(jìn)第一個(gè)原型裝置，并計(jì)劃在8月份擴(kuò)大到更大的設(shè)備。

主要的工程挑戰(zhàn)是使高壓導(dǎo)體小型化，使其適合所需的封裝，向陰極提供足夠的能量，使離子以足夠快的速度在軌道上融合在一起。

最終成品的功率應(yīng)該是5~15千瓦，而且用戶可以將許多裝置組合在一起，以產(chǎn)生更大的功率。

國(guó)防創(chuàng)新單位項(xiàng)目經(jīng)理威德說(shuō)，這種設(shè)計(jì)尺寸很適合裝備在太空設(shè)備中，這讓雪崩公司在五角大樓的合同選擇中脫穎而出。

4、Ember Core裝置

雪崩公司試圖開啟小規(guī)模聚變，超安全公司正在開發(fā)一種新改進(jìn)的“核電池”，稱為Ember Core。這些裝置本質(zhì)上是熱的放射性巖石，在衰變時(shí)穩(wěn)定釋放能量。

超安全公司高級(jí)技術(shù)部門的戰(zhàn)略主管亞當(dāng)·希爾法斯(Adam Schilfarth)說(shuō)：“你可以將‘熱巖’當(dāng)成真的熱巖來(lái)用，也可以將其中的能量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，熱量轉(zhuǎn)化為電能。”

“好奇”號(hào)火星車(圖源：網(wǎng)絡(luò))

美國(guó)宇航局(NASA)歷來(lái)使用钚作為放射性同位素電池，例如為火星上的“好奇”號(hào)火星車，旅行者1號(hào)和2號(hào)的深空探測(cè)器，都是使用钚提供動(dòng)力的電池。

然而，钚是一種昂貴、稀有和危險(xiǎn)的物質(zhì)。

超安全公司已經(jīng)探索了不同的同位素，如鈷-60和銩，這些同位素可以按比例生產(chǎn)10倍于傳統(tǒng)钚系統(tǒng)的能量，同時(shí)更安全、更經(jīng)濟(jì)。

Ember Core推出的第一款超級(jí)安全裝置只有蘋果那么大。

Ember Core項(xiàng)目的首席工程師克里斯·莫里森(Chris Morrison)說(shuō)，它就像月球登陸者的“暖手器”，可以在月球上度過(guò)14天的夜晚。五角大樓的最終原型要求將有一個(gè)小文件柜大小。

威德說(shuō)，Ember Core和Orbitron的出現(xiàn)，使航天器能夠飛得更遠(yuǎn)，并消除對(duì)太陽(yáng)能電池板的依賴。憑借如此大的功率容量，這些技術(shù)還可能催生新一代航天器，輕松地在地球軌道間往返，為各種商業(yè)太空旅行、旅游和貿(mào)易創(chuàng)造各種可能。

威德說(shuō)：“這些新的推進(jìn)系統(tǒng)，將幫助我們完成已知的新任務(wù)，它將影響我們?nèi)绾卫锰談?dòng)力。這肯定會(huì)改變太空探索的發(fā)展規(guī)則。”