1、聚變商業化

SHINE Technologies創始人兼CEO 格雷格·皮爾弗的愿景是立即從聚變技術中開發價值。聚變是商業化的嗎?當談到發電項目時，現在的答案絕對是“不”，但從中子的角度來說，情況就不同了。SHINE Technologies創始人兼CEO格雷格·皮爾弗(Greg Piefer)表示：“聚變是商業性的，聚變將在人類創造的最惡劣的輻射環境中產生一些人類創造的有史以來最熱、密度最高的物質狀態，然后把一些最脆弱、最奇異、最昂貴的材料放入其中，為世界增加價值，讓你學會如何在未來更經濟高效地進行聚變設計。應用這些經驗教訓，也許是創造具有成本效益的聚變能源的正確途徑。”皮爾弗創立公司就是受到這樣一種認識的啟發，盡管成本效益高的聚變動力可能有些遙遠，但聚變仍然具有相當大的商業機會。皮爾弗沒有關注聚變的電能，而是專注于使用聚變反應中產生的中子。而且，事實證明，在每個聚變反應的基礎上，這些中子可能比產生的電能更有價值。

2、中子市場

中子射線照相用于檢查燃氣輪機葉片冷卻通道。皮爾弗說：“我知道有一個市場，中子量供不應求——中子射線照相術。”與X射線相比，中子往往會在密度較低的材料上散射更多，也可以很容易地穿透鋼或鉛等材料，因此它們提供了一種稱為中子射線照相術的互補成像過程。皮爾弗說：“這是一個每年1億至2億美元的市場。雖然不是一個巨大的市場，但從歷史上看，一直都需要反應堆作為中子源。而全國只有少數幾個反應堆是為了實現這一目標而設立的，由于準入問題，它們在很大程度上限制了中子射線照相術的發展。我們馬上就知道，我們可以利用聚變的優勢，在一些無損檢測市場中發揮作用。中子射線照相只是其中之一。無損檢測最大的一個應用是對制造的零件進行成像并尋找缺陷。中子射線照相術被積極使用的一個例子是，確定渦輪機葉尖中的小型冷卻通道，該專利技術應用廣泛。探測的也是一種相對常見的制造缺陷，這種缺陷可能導致渦輪機的災難性故障。SHINE開發了一系列基于聚變技術的設備來生成射線照相圖像，并服務于其他市場。“我們有氘-氘裝置，其中一些我們甚至已經出售。我們有質子-鈹源，有氘氚聚變源，這是我們最強大有力的中子源。”他說。他們目前的聚變裝置是離子束型的，其中氘離子的粒子束被加速到約320KeV，并發射到氣體目標中以產生中子散射。

3、生產極端稀缺元素

SHINE位于美國威斯康星州詹斯維爾的美國工廠將成為世界上最大的同位素生產廠，投入使用后每年能夠生產約2000萬劑鉬99。皮爾弗解釋道：“對于第一代技術，我將其描述為粒子束固體靶。當前一代是粒子束氣體靶聚變裝置。我們的DT聚變裝置不會產生很大的功率，可能是150 W，是一個非常明亮的中子源。滿負荷運行時，應該能夠產生數千萬美元的收入——中子比電更有價值。”正如他所說：“聚變并不全是天上掉餡餅，我們已經利用它及其分支創造了價值。”成像技術是幾年前作為SHINE公司的第一代業務開發，在其姊妹公司“鳳凰中子成像”(Phoenix Neutron Imaging)的領導下運營，該公司現在正進入所謂的第二階段。

同樣依賴于聚變產生的中子，但它們的強度更大，被用來驅動同位素的生產過程。“在第一階段，我們能夠產生足夠的中子來拍照，但實際上產量仍不算足，很難轉化為其他物質。我們需要增加足夠的聚變輸出，以便從第一階段進入第二階段，這樣我們就可以開始產生少量其他物質——嬗變。特別是，我們正在研究將不太有價值的元素轉化為極端稀缺的價值元素。”皮爾弗說。神秘的賤金屬轉化為黃金的煉金術早已被超越。皮爾弗說：“我們可以把時間花在把鉛變成黃金上，但事實證明，這樣做的成本要比黃金貴得多，但也有一些超有價值的材料值得我們去做。例如，我們可以把每克6美元的鈾變成每克價值約1.5億美元的鉬-99。這種材料的價值在于，它最終會衰變成锝-99m，可以注射到人體內以檢測疾病。實際上，用這種單一同位素進行了大約30種不同的診斷測試。”

技術人員在生產Mo-99的熱室中使用機械手(圖片：Laurentis)認識到鉬-99的驚人價值，SHINE公司于2019年破土動工建設了一個新的生產設施。他說：“我們在美國建造了一個大型生產設施。這將是世界上最大的同位素生產設施，每年能夠生產約2000萬劑鉬-99——2000萬劑約為2克。”皮爾弗指出：“我們正在使用中子來改變物質，但規模相當小。”

加拿大布魯斯核電站的镥-177生產系統(圖源：Bruce Power)他補充道，從長遠來看，該公司的目標是使用聚變中子來生產其他治療同位素，如通過照射鐿-176產生镥-177。他說：“镥-177對癌癥治療非常有用。現在每克價值10至20億美元。”

4、氣體靶源和核廢料處理

SHINE公司宣布，其歐洲子公司SHINE Europe已獲得資金，開始在荷蘭設計先進的醫用同位素生產設施。

為了提高從聚變到射線照相應用，再到嬗變的中子生產，需要從固體靶源轉換為氣體靶源。皮爾弗說：“現在，我們在同位素工廠和無損檢測業務中的輻射效應測試中，都使用氣體靶源。我們可以用固體靶源進行射線照相，但通過氣體靶源發揮作用是使我們能夠擴展到嬗變同位素生產的關鍵創新。與固體靶源相比，用氣體靶每單位功率可以獲得大約10倍的中子。”他補充道：“更高強度的中子也會使成像過程變得更好，可以使用更高的功率密度，而且效率更高。”嬗變的過程也為公司的第三階段發展打開了大門。皮爾弗解釋說，作為嬗變過程的一部分，目標在聚變中子場中照射約5.5天。“這是一個含水的目標——溶解在液體中的鈾鹽。”他說。隨后進行了一系列放射化學分離，從輻照后的鈾溶液中提取醫學純同位素。

同位素分離技術有望在核廢料管理中產生價值。他說：“我們非常擅長處理高放射性鈾流，并從中選擇性地分離出有價值的材料用于醫療業務，事實證明，這些都是我們第三階段所需的技能。這是我們聚變之旅的下一個規模，但我們首先想做的是回收發電廠的核廢料。”他補充道：“要回收核廢料，需要將氧化鈾溶解，并分離出包括钚在內的高價值材料，還有貴金屬和其他可以出售的同位素。所有這些東西看起來都和我們在同位素工廠所做的完全一樣，只是規模更大。”皮爾弗認為，這樣的工藝可以去除約96%的廢物流，這些廢物流可以回收并用作新燃料。然而，它也與聚變衍生的中子通量聯系在一起，以產生商業價值。皮爾弗解釋道：“聚變是在這一過程的最后端出現的。大約96%的鈾廢物流是可回收的或有價值的，但有一小部分，約0.1%的廢物流由真正長壽命的同位素組成，這些同位素沒有價值，目前也沒有處理途徑。”“就像我們在第二階段通過嬗變將低價值材料轉化為高價值材料一樣，我們相信我們可以使用聚變來獲取這些長壽命同位素，使其成為短命同位素，從而解決長壽命核廢料的問題。我發現從社會學的角度來看，這是非常有價值的，因為核能面臨的最大挑戰之一是核廢料問題。”

5、發展時間表

General Fusion對其未來工廠的愿景(圖片：General Fusion)SHINE的CEO認為，擴大聚變裝置的規模，使其能夠處理核廢物管理過程，也是商業聚變能源道路上的重要一步。“這是我們聚變戰略中的下一個目標，其中的聚變部分很酷，因為在你開始以廢物規模轉化材料的階段，從物理學的角度來看，開始看起來像一個聚變發電廠。聚變能和這種轉化過程之間的區別是，實際上仍然會在轉化部分獲得更多的收益。每個反應可能比你產生能量多10到15倍。”皮爾弗概述了分階段的時間表：“所有這些都是我們現在開始投資的東西。第一階段現在正以每年50%以上的速度快速增長。我們認為它將持續一段時間，而且是有利可圖的。”“從長遠來看，第二階段，我們將在2024年左右使用我們的聚變設施生產镥-177，并生產更多的鉬、碘和氙。現在，我們正在使用裂變反應堆中子，我們正在使用我們的化學處理專業知識和我們開發的其他技術，以使我們更具有競爭優勢。”“第三階段，我們認為試驗工廠可能需要五到六年的時間。”

2022年《全球聚變產業報告》稱，過去一年，私營核聚變公司的投資達28.3億美元。他最后評論了商業聚變的發展：“我們試圖做的是繼續開發新技術，使聚變變得越來越高效。隨著技術的進步，我們將在制造聚變設備方面做得越來越好，但我們將始終保持商業思維，始終努力制造產品。這是我們心中最重要的一點，我們不是在試圖證明物理學，我們是在制造產品。我們稱之為‘今天的聚變公司’，是因為我們今天確實在做這件事，并用它創造價值。”在反思聚變能的挑戰時，皮爾弗認為：“大多數投資聚變的人都試圖直接投資于能源——需要投資這么多錢才能買到一臺可能工作的機器，我說可能工作，是因為我認為目前還沒有一臺被證明是切實可行的。”“這有點像史蒂夫·喬布斯在車庫里開始制造電腦時說，‘我將在第一天開始制造iPhone’，后來他們也確實制造出了一種有價值的產品。”通過使用聚變來觀察其方向，我們可能會看到未來的能源iPhone。