谷歌进军核聚变：联合开发提高核聚变效率新算法

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转载：澎湃新闻网

谷歌一直有清洁能源情结。现在，谷歌已不满足于风电、光伏，而是要进军人类的终极能源——核聚变。具体的参与方式，是用算法来提高核聚变实验效率，从而使核聚变发电能够早日实现商用。 据英国《卫报》7月25日消息，谷歌正在联合美国一家领先的核聚变公司Tri Alpha共同开发一种新的计算机算法，以期加快等离子体实验。

Tri Alpha大有来头：它得到了微软联合创始人保罗·艾伦（Paul Allen）的青睐。目前，Tri Alpha已经获得艾伦和高盛5亿多美元的投资。

在技术路线上，这里的聚变实验装置不是传统的环形“托克马克”（Tokamak ）。40多年来，托克马克装置一直是核聚变反应的主要研究工具。但Tri Alpha建造了被称为“场反向配置（field-reversed configuration，FRC）”的独特装置，据说它体积更小、更简单也更廉价。据测算，等离子体随能量的增加变得更稳定，与其他方法中等离子体在加热时更难控制形成对比。

难题在于，Tri Alpha需要处理常规模拟不适用的设备限制和等离子体性能。但谷歌的计算资源也无法解决这个问题。为此，Tri Alpha和谷歌研究部门合作，创建了“验光师算法”（Optometrist algorithm），来帮助核聚变实验更有效地产生实验所需的等离子体。新算法让计算机与人类判断相结合，为科学家提供“机器设置和相关结果”，人为的输入可以反过来衡量进一步测试的备选方案。

“即使结合谷歌规模化的计算机资源，整件事情（核聚变）也依然超越我们的认知。”谷歌加速科学团队成员Ted Baltz说。因此，双方将计算机学习方法与人类研究人员的选择相结合，由计算机向人类专家提供多种选择，人类专家根据直觉选择出他们认为更有希望的选项。核聚变时，原子在极端温度下相互碰撞融合、释放大量能量，过程异常复杂。核聚变的物理学涉及非线性现象，其中微小的变化就可以产生巨大的结果，这使得整个工程实验具有非常大的挑战性。

“我们把这个问题解决了，让一个专业的人类等离子体物理学家找到他/她认为有趣的等离子体行为，而且这样做时我们不会破坏机器。” Baltz说，这是一个经典例子，人类和电脑在一起工作，比各自分开工作表现更好。

结合谷歌提供的算法，在Tri Alpha公司的C2-U机器上进行的实验取得了更快的进展，运行时间从一个月几个小时。这一算法解释了意想不到的控制等离子体的方法，相关研究发表发表在7月25日的《科学报告》杂志上。新系统中，等离子体装置运行得更快、能量损耗减少50%、等离子体总能量增加。

“没有先进的计算能力，获得这样的结果可能需要几年时间。” Tri Alpha总裁兼首席技术官Michl Binderbauer说，公司的目标是在10年内实现核聚变发电。最近美国前能源部长欧内斯特·莫尼兹(Ernest Moniz)也加入了公司董事会。

20世纪50年代以来，科学家们一直在开展核聚变相关工作。尽管有60年和数十亿美元的投入研究，该领域目前尚未实现实用化，商业规模的核聚变仍有可能需要几十年之久。现在，全世界都将希望寄托在“国际热核聚变实验堆（ITER）”这一项目上。

近年来，由世界超级富豪赞助和支持的核聚变创业公司，正在向这一技术革命发起冲击，欲与政府出资主导的大型核聚变项目一较高下。除Tri-Alpha外，获得加拿大石油公司Cenovus和亚马逊CEO杰夫·贝佐斯等投资方支持的通用聚变公司（General Fusion），位于英国牛津的托卡马克能源公司（Tokamak Energy），都是一鸣惊人的新星企业，打破了核聚变领域历来的沉闷气氛。