全球能源需求不断攀升之际，人们对一种潜在的无限能源聚变能的兴趣达到了前所未有的高度。超过几十家私营企业正在竞相开发这项技术，旨在安全地实现原子核融合，并释放出巨大的能量。然而，聚变反应堆核心的标准氘氚（D-T）反应有着一系列长期问题亟待解决。
氢的同位素氘和氚在低温下可以结合，释放出比传统化学反应更强大的能量。但这一过程同时产生大量中子，这些高速飞行的粒子需要被精密的技术所控制，以保护反应堆的结构完整性、相关设施及周边生态环境不受辐射损害。尽管科技日益进步，但想要能够完全应对这种高强度辐射的防护措施仍在研发之中。最近，一些核聚变商业公司试图从无中子聚变或减少中子的方法推进技术的发展。
如何处理中子产生的问题一直是掌握聚变能量的挑战之一。现在，一种创新的聚变器设计提出了解决方案：利用替代燃料进行聚变反应，使得能量通过带电粒子而非中子释放。支持者声称，这种方法不仅简化了聚变设备的建造过程，而且更契合现有的电力系统，因为将带电粒子的能量转换为电能更为高效。
此外，这种技术还有助于减少或消除放射性废物的产生。“早在1960年代到1980年代，我们就已经对所谓的‘先进燃料’进行了深入研究，”威斯康星大学的核工程师兼名誉教授杰拉尔德·库尔辛斯基回忆说。他指出，尽管这类研究曾一度被边缘化-由于实现此类反应的难度是传统D-T反应的10倍，但近10年来，随着人们对中子对反应堆壁造成破坏的认识加深，对先进燃料的兴趣又开始复苏。
氢硼聚变
TAE Technologies，原名TriAlpha Energy，拥有最成熟的私人中子聚变项目。该公司成立于 1998 年，目前资本约为 12.5 亿美元，据首席执行官 Michl Binderbauer 称：TAE的方法要求用氢和硼（也称为p-B11）的混合物为其反应提供燃料。当融合时，氢硼释放出三个带正电的氦-4原子核，称为α粒子。
TAE的设计通过一种称为场反位行（FRC）的技术来限制等离子体——这种技术会使燃料非常热，以至于电子从原子中剥离，形成了一种电离气体。在FRC中，等离子体主要依靠其自身的磁场来维持，而不是依赖于外部施加的磁场。
TAE的圆柱形线性研究反应堆被称为诺曼，两端都由朝内的电磁等离子体炮覆盖，这些等离子体炮将等离子体环加速到中央腔室中。在那里，这些环结合在一起形成一个圆柱形等离子体，由从侧面射入的中性原子束稳定。这些光束还加热等离子体并为其提供新鲜燃料。TAE的发电厂设计将热量沉积在安全壳的壁上，并将其转化为蒸汽，以使用传统的热转换系统驱动涡轮机。
宾德鲍尔说：“这是一个极其优雅的设备。”在传统的磁约束设计中，机器成本的约60%是磁铁的成本。如果你能充分利用等离子体本身的磁场，这在经济上会给你带来巨大的优势。”
但历史上，FRC（场反向构型）一直被证明是难以驾驭的：如果等离子体表现不佳，限制等离子体的磁场也会解体，导致等离子体冷却。宾德鲍尔的团队在过去十年里一直在研究稳定等离子体的方法。近年来，该公司利用人工智能和机器学习的最新进展，开发了一些可以实时重塑和重新定位等离子体的方法和硬件。
宾德鲍尔说。“我们可以操纵这些电流，使它们保持稳定。我们得到了完美的磁场，完全符合之前的预测。”
燃烧氢硼燃料产生聚变能源还有另一个明显的缺点：它需要超过30亿摄氏度的极端温度，是氘氚反应所需温度的20或30倍。许多物理学家认为，在这样的温度下，电子会辐射得如此之多，以至于它们冷却等离子体的速度会快于加热的速度。
但宾德鲍尔说，电子将是等离子体能量的主要载体，但这些电子的温度受到相对论效应的限制。“自1990年代以来，我们进行了极其复杂的研究，并发表了许多论文。其他人也对这些进行了测量，然而并没有发现会破坏状态的灾难性辐射冷却的现象。”
押注稀有同位素
Helion Energy公司正站在一个创新的十字路口。这家拥有十年历史的企业不仅在华盛顿州埃弗雷特建立了自己的工厂，而且正在引入一种颠覆性的技术——场反置技术的新应用，但这一次，其焦点转向了稀有而昂贵的氦-3和氘燃料循环。
氦-3，这种元素珍贵至极，只占地球上可用氦资源的百万分之一，并且生产它需要巨大的成本。月球表面蕴藏的预估110万吨氦-3可能成为未来的开采目标，不过Helion Energy没有涉足航天器制造，而是想通过氘-氘副反应在其设施中增殖氦-3。目前，尽管仅生产了少量氦-3，该公司计划利用"高效封闭燃料循环专利"来提升产量。
专家Kulcinski提到：“D-氦-3有望作为氘-氚和p-B11之间的过渡方案。"他指出，这一反应所需的温度介于两者之间，达到数亿摄氏度。虽然D-氦-3反应并非完全无中子，仅以快中子形式释放约5%的能量，但这仍显著降低了辐射风险。
Helion的设备与TAE的设计相似——圆柱形结构，两端配备相对的等离子体炮。不同于持续反应，这些等离子枪每秒产生一次脉冲，以此在中心稳定形成FRC，并通过磁场压缩等离子体直至达到聚变条件。当能量被释放时，等离子体推动外部磁场，进而让磁线圈捕获电能。
“这些都是处于边缘的创新，”核工程师兼核聚变顾问马修·J·莫伊尼汉（Matthew J. Moynihan）说。“提高脉冲进近的频率和繁殖氦-3都将具有挑战性，而这对于一个可行的发电厂来说是必需的。”
为了产生脉冲，Helion设备将依赖于大型电容器组，这些电容器将存储高达50兆焦耳的能量，并在不到一毫秒的时间内一遍又一遍地放电。
尽管这种技术存在障碍和其他困难，Helion还是为发电厂找到了第一个客户，并表示该发电厂将于2028年上线。该公司最近与Microsoft达成了一项协议，在经过一年的试产后，将提供至少50兆瓦的电力，足以满足工厂或数据中心的需求。
聚变能源界的许多人认为这是一个宣传噱头，或者充其量只是对一家尚未从其反应中获得净能源收益的公司过于乐观。但近年来，在这个竞相解决气候危机的行业中，无论有没有中子，人们的乐观情绪都在增长。
其他有前途的方法：
HB11
总部位于澳大利亚的HB11反应堆概念使用高功率激光器与磁约束相结合，以融合氢气和硼气。这种方法利用啁啾脉冲放大激光器的超短脉冲（2018年诺贝尔物理学奖的主题）在捕获磁场内通过硼燃料快速加速氢气，当它们碰撞时产生聚变事件。
Marvel Fusion
总部位于德国的Marvel Fusion公司正在纳米结构目标中使用高能激光和p-B11燃料进行激光启动的惯性约束聚变。该公司最近与科罗拉多州立大学建立了合作伙伴关系，在科罗拉多州柯林斯堡建造了世界上最强大的激光设施之一。
Princeton Fusion Systems
普林斯顿聚变系统公司（Princeton Fusion Systems）
利用氘和氦 3，并使用射频加热进行 FRC 形成和等离子体加热。该公司利用超导磁体技术，专注于利基应用，如紧凑型系统，为航天器生产移动和便携式动力和聚变推进。
参考链接：
https://spectrum.ieee.org/aneutronic-fusion
https://m.thepaper.cn/baijiahao_25712400