利用核聚變來發電是物理界長期以來的愿望。其中一家致力于實現這一目標的公司是英國的First Light Fusion(First Light)，該公司正在使用一種稱為“彈射聚變”的技術來創建一個簡單、低成本的慣性聚變發電廠。

First Light在去年證實其技術可以實現核聚變之后，現在正在開發一種凈能量增益演示裝置，稱為“4號機組”。在與西班牙工程公司IDOM合作優化反應堆設計時，該團隊意識到，彈射聚變也可以用于生產各種受歡迎的醫用同位素。

慣性約束聚變是目前正在開發的兩種主要聚變技術之一，它的工作原理是壓縮一個含有氫同位素混合物的小型燃料靶丸。在足夠高的溫度和壓力下，靶丸中的氘和氚之間會發生核聚變反應。

美國國家點火裝置(NIF)去年12月首次展示了從聚變中獲得能量的方法：使用高功率激光來觸發核聚變，這也是最常見的慣性聚變技術。First Light正在開發一種不同的方法，即向目標發射高速且低成本的彈丸。目標內的一個放大器將彈丸的能量集中起來，由此產生的沖擊波將燃料極限壓縮，獲得足夠高的溫度和密度，從而融合并釋放出能量脈沖。

聚變釋放的大部分能量是以高能中子的形式存在的。這些能量被排列在反應堆內壁的液態鋰所吸收，然后可以提取熱量來發電。通過與液態鋰包層的反應，中子也被用來生成氚。

First Light的聯合創始人兼CEO Nick Hawker解釋說:“雖然First Light反應堆的最初主要焦點是通過聚變產生電能，但該反應堆也生產氚，以便實現氚燃料的自給自足。氚被大多數其他聚變反應堆使用，而且供應短缺，所以我們開始改變設計，看看是否有可能生產過量的氚以滿足使用。在隨后的調查中，我們還意識到這些中子可能對同位素生產有用。”

受歡迎的同位素

放射性同位素在醫學中廣泛應用于診斷和治療。最常用的是Tc-99m，它是Mo-99的衰變產物。Tc-99m每年被用于數千萬個核醫學程序，包括用于診斷心臟病的心肌灌注成像，以及用于檢測和癌癥分期掃描。

目前，Mo-99通常是在幾個老化的核反應堆中利用裂變生產出來的，由于半衰期僅有幾天，所以無法儲存。因此，人們對生產Mo-99和其他醫用同位素的新方法的需求越來越大。一種方法是用高能中子轟擊穩定元素的原子核，比如由First Light的反應堆產生的中子，使它們轉化為所需的放射性同位素。

Hawker解釋說，“核聚變產生的中子能量很高，通量也很高。這意味著以核聚變為中子源的同位素生產有很大的空間。理論上，我們可以制備出大量不同的同位素，包括Mo-99。"該團隊還研究了用于癌癥治療的同位素，包括Cu-67、Sm-153、Lu-177和Y-90。

中子誘導的反應依賴于能量，有些轉化需要高能中子。由于First Light的反應堆將產生高能量的14 MeV中子，公司可能受益于制造具有生產閾值反應能量的同位素。Hawker告訴《物理世界》:“雖然大多數同位素可以用高能中子轟擊得到，但我們必須找到具有成本競爭力或具有獨特優勢的方法。”

Hawker指出，First Light最初未打算借此生產同位素，因為反應堆的液體包層使其難以在中子通量最高的那一面放置樣品。然而，該團隊現在已經設計了一種方法來控制中子通過包層的路徑，允許中子穿透并集中在可以放置同位素產生成分的特定區域。

重要的是，這可以在不損害反應堆發電能力的情況下實現。Hawker解釋說:“我們可以有一個厚厚的覆蓋層來生產氚和電力，但也允許中子在一個聚焦區域(可以移動)產生同位素。“這意味著我們可以毫不妥協地解決這三個機會。”

First Light將繼續與IDOM密切合作，設計其反應堆室和開發4號機組，4號機組將被安置在英國原子能機構位于牛津郡的Culham校區的專用設施中。該工程預計于明年開始建設，計劃于2027年開始運營。Hawker說:“一旦該系統進行高通量沖擊試驗，這可能會給我們一個測試同位素生產的機會，來驗證該工作原理。”

First Light的終極目標是建造一座聚變發電廠，發電量約為150兆瓦，每30秒點火一次，成本不到10億美元。(由First Light Fusion提供)

經過驗證的方法

First Light并不是唯一一家利用核聚變技術制造醫用同位素的公司。美國SHINE技術公司正在利用其核聚變技術生產治療性同位素镥-177 (Lu-177)。SHINE于2020年首次實現Lu-177的商業化銷售，并于近期在位于威斯康星州簡斯維爾的總部開設了北美最大的Lu-177生產設施。該公司目前還在建設一個核聚變驅動的醫用同位素生產設施Chrysalis，以生產Mo-99。

醫用同位素生產是SHINE為產生聚變能而制定的四階段路線圖的第二階段。SHINE的創始人兼首席執行官Greg Piefer說:“放射性藥物療法的進步在延長患者的生命方面顯示出了巨大的效果，否則這些患者可能沒有選擇。我們很高興能在確保這些開創性療法更快地到達患者方面發揮重要作用，有可能每年挽救或延長數萬人的生命。”

Piefer對《物理世界》表示：“我們相信核聚變有潛力生產診斷和治療癌癥的同位素。我們自認為是這一愿景的先驅，很高興看到其他公司也有興趣開發解決方案，以減少市場對反應堆的依賴。”