我在公司里有一定的信誉。我于2000年加入谷歌，担任首任工程总监，通过按点击付费的广告系统AdWords帮助公司实现盈利，各家公司竞相在我们的搜索结果页面上投放广告。此后几年，我对能源产生了兴趣，并参与了谷歌第一个节能数据中心的设计。然后，在2009年，我被招募参与谷歌的可再生能源工作，旨在使得可再生能源的价格低于煤炭（我们称之为“RE<C倡议”）。
虽然这个项目最后没有如预期般成功，但我从中学到了很多。作为该项目的一部分，谷歌和麦肯锡的一项研究报告指出，太阳能和风能这类间歇性电力来源需要可靠的备用电力。因此，要想以可接受的价格实现电网脱碳，有赖于水力、地热和核能电厂。
我在加拿大安大略省长大，那里在20世纪70年代部署了核电厂，实现了气候友好型电网。我认为，近年来反应堆设计的优化，使得核电厂有更大的可能性在合理的成本下实现社会深度脱碳，同时安全运行，并以负责任的方式处理核废料。2012年，在RE<C倡议提出后，我成为纪录片《潘多拉的承诺》的执行制片人，片中的环保主义者认为，核能可以帮助我们摆脱化石燃料，同时帮助发展中国家的人民摆脱贫困。我因这次拍摄经历结识了不少可靠的联系人，并决心让谷歌参与推动核能发展。
核能研发小组（NERD）的计划是基于志同道合的同事们的意见提出的。我们能解决的问题取决于外部合作对象以及谷歌的一贯优势——人才、工具、能力和声誉。我提议在3个方面努力，包括即刻有影响力的聚变研究、着眼于“远大”目标的长期努力，以及在华盛顿特区的创新倡导。几年后，我们还增加了对核激发前沿领域的资助研究。10年前启动的核能研发小组计划至今仍在开花结果。
这些项目都来源于我问过的一个问题：谷歌能为加速核能的未来发展做些什么？
第一个研究项目来自谷歌高级工程师特德•巴尔茨（Ted Baltz）的提议，他希望将公司的计算机科学专长带入TAE技术公司（位于加州福特希尔兰赫）的聚变实验中。他认为机器学习可以提高聚变中的等离子体性能。
2014年，TAE正在试验一个仓库大小的等离子体设备，名为C-2U。这台机器将氢气加热到超过100万摄氏度，产生了两个等离子体环，然后以超过每小时96万千米的速度将两个环撞在一起。强大的磁力压缩着两个等离子体环，目标是使氢气发生聚变并产生能量。与所有其他尝试建造商业聚变反应堆的公司一样，TAE面临的挑战是如何加热、约束和长时间控制等离子体，实现真正的能量输出，同时又不损坏机器。
TAE的反应堆可以每10分钟左右发射一次“轰击”，每次持续约10毫秒，产生大量数据。每次发射之前，有100多个设置可以调整，包括等离子体形成脉冲的时间和能量等参数。巴尔茨意识到，TAE的研究人员面临着一个优化问题：他们应该调整哪些旋钮和开关，才能尽快找到保持等离子体稳定并达到聚变条件的最佳方法？
为了约束、压缩和塑造等离子体，TAE公司开发了一种特殊的磁场使用方式，叫作“场反转配置”。预计这种方式会随着能量的提高变得更加稳定，这是它相较于其他方法的优势，因为在其他方法中，等离子体在加热后会变得更难控制。但TAE需要实验来验证这些预测是否正确。
为了确定每次新发射应该尝试设置哪些参数，巴尔茨及其团队开发了“验光师算法”。就像看眼科医生时，验光师会反复调整镜片，问你“A和B哪个看得更清楚？”一样，算法向操作员提供了一对最近取得的实验结果。然后，由专业的等离子体物理学家选择哪个来实验，进一步调整参数后重复实验。
这是机器学习和人的专业知识相结合的结果。算法搜索了成千上万个选项，再由人作出决定。在“验光师算法”的帮助下，TAE找到了这场实验活动中保持时间最长的等离子体。算法还发现了一组令物理学家惊讶的参数，在初次轰击后，等离子体温度就上升了。
TAE的下一台机器“Norman”延续了这项合作，它达到了比TAE原始目标更高的等离子体温度。该公司现在正在建设一台更大的机器，名为“Copernicus”，目标是实现能量平衡，即聚变反应释放的能量与加热等离子体所需的能量相等。这项多年合作带来的一个好处是，我们公司的人（工程师和高管们）也对聚变有了深入了解。这促使Alphabet在2021年投资了两家聚变公司，分别是TAE和联邦聚变系统公司（CFS）。那时，谷歌DeepMind的同事们也开始利用深度强化学习来控制托卡马克聚变反应堆中的等离子体。
核能研发小组另一个不同寻常的目标是低能核反应（LENR），其更广为人知的名字是“冷聚变”。这个研究领域在20世纪90年代初受到了猛烈抨击，导致其在几十年内几乎成了禁区。
冷聚变的故事始于1989年，当时电化学家马丁•弗莱施曼（Martin Fleischmann）和B. 斯坦利•庞斯（B. Stanley Pons）声称，在接近室温环境下，电化学电池工作产生了过量的热量，这个现象只能用“冷聚变”来解释：反应不需要典型聚变反应的极高温度和高压。他们匆忙宣布了这一发现，并引发媒体关注。很多人都急于复制他们的结果，但都未能成功，他们的结果很快招致强烈的质疑。几十年后，在可靠的同行评审期刊中仍然没有确认该结果。因此，大家认为这个问题已经结束。
但也许并非如此。21世纪初，一位名为安德烈•罗西（Andrea Rossi）的意大利企业家开发了一种称为“能量催化器”（E-Cat）的低能核装置，获得一些媒体关注。谷歌员工通常对新事物充满好奇，我们其中一些人对这一发展产生了怀疑的兴趣。我曾在《潘多拉的承诺》首映式上认识了风险投资家马特•特雷维西克（Matt Trevithick），2013年，我与他讨论过低能核反应相关话题。他有一个有趣的想法：如果召集有声望的科学家组成一个新的团队，去研究曾被假设存在的冷聚变条件，会怎么样？谷歌可以提供必要的资源和创意自由，让外部专家团队开展客观的研究。特雷维西克的提议成为了核能研发小组的第二支柱。
特雷维西克一直在寻找对“固态物质的异常状态可能导致冷聚变”这个想法持开放态度的科学家。谷歌批准了这个项目，并招募特雷维西克来领导它，我们最终资助了12个项目，涉及约30名研究人员。在研究过程中，我们希望研究人员能够找到可信的异常证据，例如明显且无法解释的热峰值，或超出测量仪器误差范围的核活动证据。我们的延伸目标是开发一个参考实验：一个可以始终如一地重现这种异常的科学实验计划。我们承诺将公开所获得的任何信息，包括那些支持更简单的非核解释的发现，这帮助确立了科学性和严谨性，也激励了我们的学术合作伙伴。
团队士气高涨，沟通顺畅，主要研究人员每季度都会面对面交流心得，每年还会为各学术研究小组组织一次团建活动。这是我与科学团队一起度过的最愉快的时光之一。主要研究人员和学生都很聪明且富有好奇心，他们的实验室在构建成果方面有着丰富的经验，而且每个人都由衷地对正在设计和开展的实验充满兴趣。
在2015至2018年项目期间，我们资助的研究人员没有发现与冷聚变相关的可信异常证据。但所有参与者都从这份工作中获得了积极的经验，学到了严谨的工作方式。这个项目产生了28篇经过同行评审的论文，其中最具代表性的成果是2019年发表于《自然》杂志的《再探冷聚变悬案》（Revisiting the Cold Case of Cold Fusion）。在这篇文章中，我们介绍了项目的动机和结果，并表明这一领域的扎实科学研究能够产生经过同行评审的论文。
这个项目验证了我长期以来的信念：不应阻止值得信赖的科学家研究过时的课题，因为科学研究可以加深我们对世界的理解，并可能带来意想不到的应用。例如，通过由谷歌资助、在不列颠哥伦比亚大学进行的一项实验，研究人员发现了一种新的氘代药物生产方法。这类药物用氢较重的同位素氘替代一个或多个氢原子，在较低剂量下仍然有效，且副作用可能较小。
虽然没有获得冷聚变的可靠证据，但我们仍然认为这个项目是成功的。2021年10月，特雷维西克受邀参加由美国能源高级研究计划局（ARPA-E）主办的低能核反应研讨会。2022年9月，美国能源高级研究计划局宣布将花费高达1000万美元来研究低能核反应，将其作为一个探索性课题。美国能源高级研究计划局在声明中提到，它开展此项工作正是基于近期在“低能核反应相关前沿能力和方法”方面取得的进展，其中包括谷歌资助并已在《自然》发表的成果。
创造一种全新的核能产业，这样的大挑战是任何一家公司都无法单独完成的，支持性的政策环境至关重要。那么，谷歌能帮助实现这一目标吗？作为核能研发小组的第三项工作，我们开始着手回答这个问题。在《潘多拉的承诺》首映式上认识一年后，气候慈善家瑞秋•普里茨克（Rachel Pritzker）、风险投资家雷•罗斯罗克（Ray Rothrock）和一些谷歌员工在谷歌相聚，讨论下一步行动。普里茨克建议我们与华盛顿特区的智库“第三条道路”（Third Way）合作，探讨是否有可行的方式拉动政策，推动先进核能创新。我们所说的先进核能，主要指的是与今天典型的水冷裂变反应堆不同的新型反应堆设计。
新型反应堆可以提高安全性和效率、加强废料管理和防扩散，但由于它们是新技术，若没有支持性的政府政策，可能很难实现商业化。“第三条道路” 智库的分析师发现，即使在高度党派化的时代，先进核能也属于无党派事务，他们认为有机会推动新立法。
当时，美国核管理委员会（NRC）批准商业反应堆设计的唯一框架是以20世纪50年代的轻水反应堆技术为基础。这令创新者和投资者感到恼怒，也给新技术进入市场制造了不必要的障碍。为了推动先进核能发展，需要政策变革。
2015年6月，“第三条道路”智库帮助组织了一次在白宫行政办公楼召开的先进核能会议。此次会议非常精彩，约有60名来自美国能源部、国家核安全管理局、核管理委员会、国家安全局、国务院和参议院的代表出席。许多人慷慨陈词，表达了他们对美国失去先进核能领导地位的担忧。美国多个政府部门希望通过新的政策来改变这一局面。
2015年，谷歌支持“第三条道路”智库和另一家游说组织——清洁空气特别工作组与立法者合作，推动支持核能创新的法案。同年，《推动核能创新门户法案》（GAIN）通过，将核能开发者与美国国家实验室及其庞大的研发能力连接起来。参与合作的最初只有两个组织，很快迎来了另一家游说组织ClearPath；最终，十几个组织参与其中，代表着各种政治意识形态。这些组织轮流接触各行业工会、先进核能开发者以及潜在的电力购买者，如亚马逊、陶氏化学和微软等。作为“第三条道路”智库的顾问，我受邀参加了华盛顿的会议，会上，我从硅谷视角发表了对创新的见解，得到了与会者的赞赏。
这一先进核能政策运动展现了美国政府如何成为推动私营部门核能技术创新的合作伙伴；它将核能创新确立为华盛顿最无党派的问题之一。从2015年起，3位美国总统签署了7项立法议案使其成为法律，其中包括为新型反应堆设计示范项目提供资金和促进美国核管理委员会许可程序现代化。在一项受人欢迎的进展中，美国核管理委员会规定，监管新型聚变反应堆的法规将与现有的裂变反应堆监管法规不同。
美国联邦政府目前正在提供超过25亿美元帮助开发者建造第一批先进反应堆，并提供27亿美元用于生产大多数先进反应堆所需的新型核燃料，许多先进核能公司因此受益。最近，谷歌签署了全球首个企业协议，将购买Kairos Power开发的多个小型模块化反应堆（SMR）的核能。
与媒体报道的华盛顿僵持情况相反，我的政策经历让我持乐观态度。我发现美国两党都在关注这个问题，并致力推动有意义的积极变化。
2018年，谷歌对冷聚变的资助逐渐接近尾声。经理约翰•普拉特（John Platt）问我，我们接下来该做什么？我的想法是，是否有可能设计出更好的核反应堆：只作用于特定原子，能够提取能量且只产生无害副产品的核反应堆。在调查核科学前沿技术时，我发现核激发也许能提供这样的可能性。
核激发是指原子内部的原子核跃迁至不同能量状态，从而可能改变其衰变的现象。美国伊利诺伊州阿贡国家实验室的一篇全新论文吸引了我，文中讲到，研究人员将钨原子高速撞击进入铅，通过俘获电子形成核激发。不久，瑞士洛桑联邦理工学院的科学家提出了一种具有科学挑战性的核激发方式，使用了桌面激光和电子加速器设置，在适当的条件下也有望精确控制最终产物。我想知道这种核激发技术能做什么。
在与这些机构的研究人员交谈后，我见了加州大学伯克利分校核数据小组的负责人李•伯恩斯坦（Lee Bernstein）。他有一个相关实验的构想，这个实验已经搁置了20年。他希望利用高能电子激发放射性元素镅（核废料中的一种成分）的原子核，将其转变为低毒物质。我对此很感兴趣。这些对话提示了实现核激发的两条互补路径，谷歌目前正在同时资助这两项学术研究。
瑞士洛桑联邦理工学院的法布里齐奥•卡博内（Fabrizio Carbone）正在探索低能路径。他的方法是用极速激光和精确定制的电子脉冲来激发特定原子核，然后这些原子核应经历期望的跃迁。卡博内的团队首先与阿德里安娜•帕尔菲-布斯（Adriana Pálffy-Buß，目前任职于维尔茨堡大学）合作，开展理论基础工作，然后进行了初始基线的实验。接下来的实验旨在使用涡旋电子束激发金原子核，这在自然界中是不存在的。这项技术可能成为利用新型核反应实现小型核电站的路径。
伯恩斯坦则在探索高能路径，通过高能电子激发镅原子核，这应该会加快其衰变，转化为有低毒的最终产物。伯恩斯坦最初的计划是定制一台器械，但在新冠疫情期间，他选择了更简单的方法，使用劳伦斯伯克利实验室的BELLA激光装置。谷歌灵活的研究资助使得伯恩斯坦团队能够进行这种调整。
然而，事实证明，获得像镅这样的核废料样本并不容易；不得不费一些心思。伯恩斯坦的第一次实验显示，高能电子和光子激发溴原子核，并产生持久激发核态，为下一次实验使用镅-242提供了论据。到2025年，我们应该能知道这种方法是否可以将废料转化为有用的产品，例如太空任务中使用的核发电机燃料。如果成功，这一过程可能有助于处理镅，这是一种最危险且半衰期极长的核反应堆废料成分。
严谨的科学可能会带来意想不到的好结果。伯恩斯坦的工作引起了美国国防高级研究计划局（DARPA）的注意，现在，美国国防高级研究计划局正在资助伯恩斯坦的实验室，将他的激发技术应用于一个不同的领域：制造锕-225，一种用于癌症治疗且半衰期很短的稀有放射性同位素。
在应对气候变化时，有人主张将我们的所有资源投入到今天已经比较成熟的技术中。如果获胜机率很大，这种“力保不输”战略是有意义的。但在气候变化问题上，这种做法行不通，因为当前技术获胜的机会并不大。气候变化政府间专门委员会（IPCC）报告称，如果照旧进行排放，我们的地球的温度上升将超过2℃。在气候问题上，人类需要的是“力求能赢”的战略。需要对颠覆性技术大胆下注，采用能够大幅降低能源成本的技术，从长远来看，这在经济和政治上都具有可持续性。
我为谷歌愿意支持核能研发小组项目而感到自豪，这个项目展示了谷歌如何努力推动核能研发。我们的项目解决的问题包括：为什么做这项研究？为什么选择这些人？为什么是现在？以及为什么是谷歌？我感谢谷歌能源研究部门的经理对探索性研究和创新倡导的友好政策支持，也感谢谷歌大生态系统中的同事们，他们同样致力于实现类似目标。凭借努力、合作和运气，这些项目取得的成功超出了预期。通过这样或那样的形式，通过他人的持续工作，还有多样化的资金支持，这些努力已经得到扩展和增强。
我从未想到，《潘多拉的承诺》首映式上的几次偶然讨论，竟引出了我职业生涯中最充满活力的10年。我看到的辛勤工作和奉献使我相信，定将开发出更好的能源，帮助十亿人摆脱能源贫困，并最终实现能源系统脱碳。核能领域取得的一项重大突破，很可能会改变这一切。
作者：Ross Koningstein
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