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谷歌進軍聚變能,推動小型廉價核聚變率先商用?


- 2018年11月09日10時26分
- 科學文摘 / 中國核網

中國核網

谷歌一直有清潔能源情結。現在,谷歌已不滿足於風電、光伏,而是要進軍人類的終極能源——核聚變。具體的參與方式,是用算法來提高核聚變實驗效率,從而使核聚變發電能夠早日實現商用。

據英國《衛報》早前消息,谷歌正在聯合美國一家領先的核聚變公司Tri Alpha共同開發一種新的計算機算法,以期加快等離子體實驗。

Tri Alpha大有來頭:它得到了微軟聯合創始人保羅·艾倫(Paul Allen)的青睞。目前,Tri Alpha已經獲得艾倫和高盛5億多美元的投資。


在技術路線上,這裡的聚變實驗裝置不是傳統的環形「托克馬克」(Tokamak )。40多年來,托克馬克裝置一直是核聚變反應的主要研究工具。但Tri Alpha建造了被稱為「場反向配置(field-reversed

configuration,FRC)」的獨特裝置,據說它體積更小、更簡單也更廉價。據測算,等離子體隨能量的增加變得更穩定,與其他方法中等離子體在加熱時更難控制形成對比。

谷歌進軍聚變能,推動小型廉價核聚變率先商用?圖片

難題在於,Tri Alpha需要處理常規模擬不適用的設備限制和等離子體性能。但谷歌的計算資源也無法解決這個問題。為此,Tri Alpha和谷歌研究部門合作,創建了「驗光師算法」(Optometrist

algorithm),來幫助核聚變實驗更有效地產生實驗所需的等離子體。新算法讓計算機與人類判斷相結合,為科學家提供「機器設置和相關結果」,人為的輸入可以反過來衡量進一步測試的備選方案。

核聚變時,原子在極端溫度下相互碰撞融合、釋放大量能量,過程異常複雜。核聚變的物理學涉及非線性現象,其中微小的變化就可以產生巨大的結果,這使得整個工程實驗具有非常大的挑戰性。


「即使結合谷歌規模化的計算機資源,整件事情(核聚變)也依然超越我們的認知。」谷歌加速科學團隊成員Ted Baltz說。因此,雙方將計算機學習方法與人類研究人員的選擇相結合,由計算機向人類專家提供多種選擇,人類專家根據直覺選擇出他們認為更有希望的選項。

「我們把這個問題解決了,讓一個專業的人類等離子體物理學家找到他/她認為有趣的等離子體行為,而且這樣做時我們不會破壞機器。」 Baltz說,這是一個經典例子,人類和電腦在一起工作,比各自分開工作表現更好。

結合谷歌提供的算法,在Tri Alpha公司的C2-U機器上進行的實驗取得了更快的進展,運行時間從一個月減少到幾個小時。這一算法解釋了意想不到的控制等離子體的方法,相關研究發表發表在7月25日的《科學報告》雜誌上。新系統中,等離子體裝置運行得更快、能量損耗減少50%、等離子體總能量增加。


「沒有先進的計算能力,獲得這樣的結果可能需要幾年時間。」 Tri Alpha總裁兼首席技術官Michl Binderbauer說,公司的目標是在10年內實現核聚變發電。最近美國前能源部長歐內斯特·莫尼茲(Ernest Moniz)也加入了公司董事會。

20世紀50年代以來,科學家們一直在開展核聚變相關工作。儘管有60年和數十億美元的投入研究,該領域目前尚未實現實用化,商業規模的核聚變仍有可能需要幾十年之久。現在,全世界都將希望寄托在「國際熱核聚變實驗堆(ITER)」這一項目上。

近年來,由世界超級富豪贊助和支持的核聚變創業公司,正在向這一技術革命發起衝擊,欲與政府出資主導的大型核聚變項目一較高下。除Tri-Alpha外,獲得加拿大石油公司Cenovus和亞馬遜CEO傑夫·貝佐斯等投資方支持的通用聚變公司(General Fusion),位於英國牛津的托卡馬克能源公司(Tokamak

Energy),都是一鳴驚人的新星企業,打破了核聚變領域歷來的沉悶氣氛。


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