12月3日，IEEE Spectrum发表了一篇题为《Acceleron Banks on Muons for Colder Fusion》文章，介绍了Acceleron Fusion最近完成了2,400万美元的融资，以开发关键反应堆组件的原型，并且在瑞士Paul Scherrer Institute的测试设施中实现了100小时的连续聚变。
μ子催化聚变是什么？
μ子催化聚变最早可追溯到1950年代，自Luis Alvarez第一次在液氢气泡室实验中观察到内核聚变反应现象以来，研究人员就开始考虑借助μ子催化核聚变反应产生能源的可能性。由于μ子在其寿命周期（τ～2∙2×10—6s）内参与催化反应的次数始终有限，且远远达不到实现能量增益的地步，逐渐淡出讨论焦点。
μ子催化聚变基本原理是：通过将离子束从粒子加速器发射到通常由碳或金属制成的靶材上来人工产生μ子，然后将所得的μ子加入氘、氚混合物中，由于μ子的质量是电子质量的207倍，它很快代替轻的电子，形成μ子原子，进一步形成 μ子束缚的氘氚分子，较之由普通电子束缚的氘氚分子，μ子分子差不多小200倍。因此，μ子把氘氚原子核约束在非常小的体积内，直至它们发生聚变反应，释放出大量的能量。关键的是，这种反应不需要特别高的温度（按照Acceleron Fusion设想，维持聚变需要的温度大约是1000摄氏度而不是1亿摄氏度）。
此外，μ子半衰期只有2.2微秒，大约有1%的几率它们会粘附在聚变反应产生的其他粒子上而不能持续反应。这意味着通常每个μ子只能参与大约100次聚变反应，这就导致产生的能量更少。
Acceleron Fusion究竟是何方神圣？
位于美国马萨诸塞州剑桥市的Acceleron Fusion，是μ子催化聚变技术的先驱。Acceleron Fusion在获得两项ARPA-E资助后于2023年从NK Labs分拆出来，并与国内外其他领先的研究人员和实验室展开了密切合作，例如Paul Scherrer Institute、费米实验室Fermilab、橡树岭国家实验室（ORNL）、阿贡国家实验室（ANL）、罗切斯特大学等。
据了解，本次完成的2,400万美元A轮融资，由Collaborative Fund、Lowercarbon Capital领投，其累计融资金额约3,000万美元。
2024年10月，Acceleron Fusion实现了一个重要的技术里程碑，它在比以前测量的μ子催化聚变速率更高的压力下运行其聚变机，并且已经收集了其机器中100多个小时连续聚变的数据。
“磁约束和惯性约束需要数百万甚至是超过1亿摄氏度的温度来加热燃料，直到它变成等离子体。而等离子体需要极其强大的磁体或激光器来约束，这些磁体或激光器既复杂又耗电，因此使用Acceleron Fusion这种技术方法大大降低了技术复杂性，同时增强了工程上的灵活性。”Acceleron Fusion的首席执行官兼联合创始人Ara Knaian这样表示。
Acceleron Fusion技术创新在哪里？
为了提高μ子催化聚变效率，Acceleron Fusion在反应器上进行了创新：
一是尝试削减产生μ子所需的能量。部分是通过利用加速器效率的提高。这一数字已经从1980年代的20%左右跃升到今天的50%，美国能源部针对下一代加速器的目标是75%。Acceleron还在设计一种新型μ子源，期望以更少的能量产生粒子。公司的计算机模拟表明，在目标内部诱导电场和磁场有助于更有效地收集和聚焦粒子。
二是研究人员还试图通过将钻石砝码中的燃料压缩到10,000到100,000 PSI （Pounds per square inch，磅/平方英寸，压强单位）之间，以此来增加每个μ子的聚变反应次数，这比以前的实验要高得多。在过去的四年里，该公司一直在Paul Scherrer Institute测试不同温度、压力以及氘和氚比例下的聚变产量。
行业专家怎么看？
来自麻省理工学院等离子体科学与聚变中心（MIT PSFC）的教授Dennis Whyte说：”μ子催化聚变面临的最大挑战是其反应速率。虽然在一些早期的μ子催化聚变实验中，在某些温度和压力下有迹象表明可以实现显著的提升，但这些提升远没有确定，在纸面上它仍然无法实现净能量增益。”
Dennis Whyte另外还补充道：”达到盈亏平衡还只是第一步，实际上商业聚变发电厂需要产生的能量至少是投入能量的五倍。而对于μ子催化聚变来说，获得如此显著的能量增益将比磁约束等方法要困难得多。尽管如此，在聚变研究上投入的精力往往都不是徒劳的，它往往能推动你到达你的科学和技术能力的前沿。”
帝国理工学院（Imperial College London）的教授Spencer Kelly说：“用于产生μ子的粒子加速器非常耗能，因此每个μ子必须产生许多聚变反应才能使能量输出达到平衡。洛斯阿拉莫斯国家实验室（LLNL）曾在1986年创下每个μ子实现150次的聚变反应的纪录，但这还远远不够，1990年代初期之后相关研究就停止了，因为反应次数想要提高面临很大的挑战。这是非常令人沮丧的，因为μ子催化的聚变离可行性真的不远了，只是我们和可行性之间的路径并不明显。”
参考链接：
- https://spectrum.ieee.org/colder-muon-fusion-energy
- https://collabfund.com/blog/acceleron-fusion-muon-catalyzed-nuclear-fusion/
- https://www.acceleron.energy/