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宾德鲍尔:逐梦核聚变

北极星电力网新闻中心  来源:能源评论•首席能源观  作者:蔡智群  2019/8/27 10:11:04  我要投稿  
所属频道: 核电   关键词: 核聚变 核能 核电

北极星核电网讯:加利福尼亚州奥兰治县郊外农场的一座白色建筑内,震耳欲聋的金属爆炸声吓得工人们跳了起来。这座不起眼的建筑看起来更像一个仓库,而不是一群超级英雄的巢穴。可就在这,一群科学家和工程师正为迈向清洁能源的未来而努力。领导他们的,是一名叫米希尔·宾德鲍尔的奥地利人。

(来源:微信公众号“能源评论•首席能源观”  ID:CEO_ER 作者:蔡智群)

宾德鲍尔1969年生于维也纳,今年50岁整。他是一家叫做TAE能源公司的CEO,这是世界上最大的私人核聚变能源公司,估值已经超过了20亿美元。在外界的质疑下,TAE一次又一次实现新的突破,在通过核聚变提供丰富、便宜而清洁的能源的进程中前进了一大步。宾德鲍尔在二十年如一日的热情中,带着一群科学狂人疯狂逐梦。

寻找第二个太阳

核能是既诱惑又让人忌惮的能源。目前利用核能的方式主要有核聚变与核裂变,核裂变会释放很多能量,但也会产生大量放射性废料,宾德鲍尔将它称之为与“魔鬼的契约”。核聚变则不同于核裂变,它是在聚合反应中释放巨大能量,而且这一能量值要远高于核裂变。比如氢弹利用的就是聚变,我们日常所见的太阳也是一个聚变反应堆。

长期以来,科学家一直致力于建造像“人造太阳”一样的可控核聚变能源站,这样就可以拥有无限清洁能源。

1985年,16岁的青年宾德鲍尔满怀热情,他从奥地利到美国上学,开始对可控核聚变这一神奇的能源技术产生兴趣。大学期间,他学习了等离子体物理和热核聚变,大三就凭借优异的表现加入了金钥匙国际荣誉协会。为了继续深入研究,宾德鲍尔进入加州大学欧文分校,并在27岁时获得博士学位,成为一名等离子体物理学家。

读博期间,宾德鲍尔遇见了影响他一生的人——导师诺曼·罗斯托克。罗斯托克是核聚变领域的先锋学者,拥有多项专利和发明,曾获得麦克斯韦等离子体物理学奖,是一个“疯子”式的研究狂人。两人十分投契,开始合作研究核聚变。

实现可控核聚变的思路其实很简单:让较小的粒子在极高温环境中相撞,融合成较大的粒子,这个反应会释放巨大能量。思路简单,实现起来却面临两个难题:达到足够高的温度、保持足够长的时间。目前没有任何材料可以承受这样的高温,并保持一段时间让聚变反应发生。因而,几十年来,可控核聚变一直是个世纪难题。

基于现实情况,宾德鲍尔与导师另辟蹊径,抛开了当时主流的燃料D-T,决定改用硼同位素来融化质子。他们发现,点燃这种燃料需要超过10亿开氏度,是太阳核心温度的70倍。相比D-T燃料,这种聚变反应每次释放的能量只有一半,但它的实际反应生成物中不会产生麻烦的中子。相反,它会释放带正电的α粒子,这些粒子可以通过磁场引导它们进入一个“逆向回旋加速器”装置中,把能量转化为电流,转化率可达90%以上。这一研究在1997年登上《科学》杂志,引起轰动。但二人的目标远不止于此,他们并不想最终的产品只是一篇论文,他们期望建立一个具有商业竞争力的可控核聚变发电厂,并将技术延伸到医疗保健等行业。

但奈何研究需要钱,当时核聚变大量的经费都投入在一种叫托卡马克的技术上,美国能源部觉得这是一个更安全的赌注。穷学生宾德鲍尔没能争取到联邦政府的研究经费,他只能在博士后研读期间为美国海军进行反应堆的研究、作为独立技术顾问参与各种项目中。

1998年,“不安分”的罗斯托克还是决定出来干,他觉得私营企业远比大学实验室要适合推进梦想。靠着从亲人、朋友那筹措来的资金,TAE能源公司成立了。爱才的罗斯托克打电话给昔日爱徒,问他要不要加入,宾德鲍尔毫不犹豫答应了。2000年4月,刚过而立之年的宾德鲍尔意气风发来到了TAE,成为TAE的联合创始人之一兼首席技术官。他始终牢记老师“永不妥协”的信念,和一群科学家共同开始肆意追寻“第二个太阳”。

11.5毫秒的迈进

时间来到2015年,TAE成立的第17年。这家在加州郊外农场的初创公司一下火了,《时代》《科学》《纽约时报》等对其进行广泛报道,首席技术官宾德鲍尔入选2015“奥兰治县最具影响力的100人”。

TAE成功创造了“第二个太阳”?并非如此。事实上,为了解决可控核聚变面临的高温和稳定时间输出两大难题,TAE一直致力于聚变反应堆的开发。2015年,TAE的C-2U设备将一个氢气球体过度加热到了1000万摄氏度,并使温度持续保持了5毫秒没有衰减。5毫秒,真的是眨眼之间,在很多领域都是不值一提、甚至令人耻笑的时间点,但在融合聚变上,却称得上里程碑式的前进。为了这5毫秒,宾德鲍尔付出了巨大的努力。

进入TAE后,直到2017年4月,宾德鲍尔一直都是公司的首席技术官,他要负责总体的技术战略和开发。宾德鲍尔深知,TAE是在商业市场中竞争,它不能同那些建立巨大托卡马克的国家级项目相比,他们必须要做的是制作成本更低、更小但又能快速迭代的系统。因而,宾德鲍尔的做法与常规聚变研究方法不同,先是迅速建成一座原子反应堆,充分进行测试,然后又马上更新换代。

最初,他们以C-2设备做研究。这是一个23米长被磁铁环绕的真空管,布满了控制装置、诊断仪器和粒子束发生器。在TAE的研究中,他们最核心的发明便是场反转配置(FRC),这是一种独特的等离子体约束方案。实验过程并不顺利,问题接二连三,比如等离子体内的湍流使热粒子“逃逸”,热等离子体不稳定等。团队多年的工作,看似无限接近希望的种子,却又不知如何着地。宾德鲍尔让研究员们抛开理论的束缚,不要害怕失败,尽管去尝试。他在工作中总是充满热情,随时处于兴奋状态,这样的个性带动着团队共同向上。

2014年,团队改变了磁性条件,借助长管两端的电极和磁体生成磁场反射等离子体,这回终于走对了路子,生成的FRC持续了5毫秒,但这段时间FRC衰减了。接下来的问题便是如何建立稳定的FRC。宾德鲍尔主张拆掉C-2装置,进行升级,得到了2015年运行的C-2U,实现了FRC持续5毫秒的成绩。

接受采访时,宾德鲍尔说,“在我们这个领域,5毫秒就是永恒的一半”。但迈向永恒的这一刻,他20余年的恩师兼老搭档罗斯托克却看不到了——2014年12月罗斯托克离开了这个世界。他们俩在20多年前做的这个能源梦,现在必须由宾德鲍尔继续下去。他接下来的目标是把稳定的时间再持续提高。

C-2U开始了高效率的工作。每天,它都要启动聚变多达100次,两年的时间内启动次数达50000次。人们开始对每一次的碰撞习以为常。在反复试验下,2016年,C-2U将高能等离子体稳定约束的时间提高到了11.5毫秒。这距离5毫秒的里程碑时间仅过去了一年。

在获得足够多的数据后,宾德鲍尔再次让工程师们拆掉了C-2U并回收有用部件,他要造一个更大、有更强粒子束的反应堆C-2W。这次,他的目标是把反应堆的温度提高10倍。有人猜测,温度再推高,TAE可能会被带入到D-T常规聚变燃料的领域。但这并不是TAE的目标,宾德鲍尔也知道这样的妥协带来的是什么。因而,他坚持让TAE研究如何实现氢-硼聚变更高的限制。1997年他和罗斯托克提出的理念,正在一步步践行。

2017年6月,C-2W启动,它有了个新名字“诺曼”——为了纪念已故创始人罗斯托克。这已经是TAE的第5座反应堆,它比之前的反应堆可多包容5倍的等离子体。这个反应堆能在5000万摄氏度到7000万摄氏度的区间内运行,它意味着TAE的研究已经在温度上取得了突破。

目前,宾德鲍尔已经开始筹划下一个设备——哥白尼,主要实验能量增益。现在加州的山麓牧场已经不足以容纳哥白尼,宾德鲍尔和他的团队必须寻找一个扩建场地。这又是一次比从0到5毫秒再到11.5毫秒更艰辛的挑战之旅。

逐梦永不妥协

在TAE实现一次一次突破中,宾德鲍尔的角色也发生了变化:2017年4月,他成为TAE总裁兼任首席技术官;2018年6月,成为TAE的CEO。今年,是他在TAE的第20个年头,这场梦,还在激情燃烧。

在带领TAE快速前进时,宾德鲍尔面临着更多除技术以外的问题,做试验需要钱,能源技术研究是烧钱的活。随着TAE设备的更迭、人员的增加、场地的扩建,每天消耗的钱都在增加。但幸运的是,TAE已经筹集到了6亿美元,它获得了大批私人投资者的青睐,这些投资者包括已故微软联合创始人保罗·艾伦、洛克菲勒家族、查尔斯·施瓦布家族等。他们打赌TAE将能够用核聚变来发电。

投资者对TAE的这份赌注,不只是下在TAE这么多年的成绩上,更是对宾德鲍尔及这个团队的信任。宾德鲍尔对等离子体物理有着专注的热爱,一谈这个话题,他可以逻辑清晰地跟你聊几个小时。专业知识过硬,以及对团队的信任感,让宾德鲍尔拥有了超凡的自信,他的这份自信总是能轻易感染他人。

宾德鲍尔的自信,并不是说大话,奥地利人的严谨让他追求言出必行。据称,2007年TAE正在搭建一个实验室,宾德鲍尔邀请了一些外部顾问前来参观,表示这个实验室一年内就能开始试验。当时实验室还在浇注混凝土,有人就对宾德鲍尔的说法提出了质疑,他却信誓旦旦说一定能如期展开试验。结果第二年,实验机器果然就建好了,这些顾问再次来看到这一幕时,都惊讶万分。

为了将核聚变商用,宾德鲍尔一直以来的宗旨都是以最少的成本、最快的速度来实现目标。他知道,时间就是金钱。如今,为了开发哥白尼,TAE需要更多的资金,宾德鲍尔已经开始与政府对话,尝试与能源部合作。

宾德鲍尔不仅自信,还很幽默。他笑称反应堆的爆炸为“暴力的作用”,说自己是在正确的时间当上了CEO。有时,他还会摸着自己的头,说“在保守的能源行业,我的白发受到重视了”。非凡的人格魅力,让宾德鲍尔获得了团队的尊重。他积极招揽人才,倡导充满好奇心和合作的文化。目前,TAE的团队有约200人,其中一半是博士。同时,为了加快核聚变研究,TAE还与开发了“验光师算法”的谷歌一起合作。实现目标确实不易,尤其是在能源行业,宾德鲍尔不害怕挑战,却也决不妥协。

宾德鲍尔永不妥协的创业精神,其实早在儿童时期便得到了孕育。他的父亲是一名成功的创业者,创办了两家公司。父亲的积极、乐观、拼搏都深深影响了宾德鲍尔。今年1月,宾德鲍尔在母校加州大学欧文分校宣布:TAE将在五年内使聚变反应堆技术商业化。这意味着,未来五年,宾德鲍尔必须带着他的团队,马不停蹄地前进。

带着两个孩子,宾德鲍尔漫步在洛杉矶海岸,看着蓝色的太平洋,希冀着未来留给孩子的是一个没有污染的世界,这是他能留给下一代最为宝贵的财富。

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