Greg Piefer, SHINE Technologies的创始人兼首席执行官，在公司即将完工的医用同位素工厂NARAYAN MAHON内

在某种程度上，格雷格·皮弗(Greg Piefer)的想法和许多其他核聚变研究人员一样。自从他还是威斯康星大学麦迪逊分校(UW)核工程专业的研究生以来，他就一直梦想着通过核聚变产生丰富的清洁能源。核聚变是指两个轻原子核合并形成一个更重的原子核，同时释放能量——与为太阳提供动力的物理原理相同。在另一方面，SHINE Technologies的首席执行官兼创始人皮耶尔在同行中脱颖而出:他现在正在从核聚变中赚钱。

大多数核聚变的方法都是将氢的重同位素——氘和氚——混合在一起，产生氦和一个高能中子。发电需要从中子中提取能量，到目前为止，还没有一个聚变反应堆产生的能量超过它消耗的能量。然而，18年前，Piefer意识到核聚变已经可以产生足够的中子，使它们本身成为市场。“我们正在销售核聚变，”Piefer说。“只是我们已经认识到，每个反应的值在中子中最高，而不是在能量中。”

Piefer的办公室可以看到威斯康星州南部石板状的景观。远处矗立着1号楼，这是一座像仓库一样的大厦，是SHINE标志性技术的一个例子。在里面，隐藏在混凝土块后面的是一个4米高的装置，类似于某种农业机械。事实上，它是一个中子源。顶部的一个小型粒子加速器驱动氘离子(或氘核)进入氚气体，产生聚变和每秒50万亿个中子，比任何其他基于聚变的中子源快20倍。

通过兜售中子，Piefer打算资助一个四步计划，以实现他的聚变发电的最终目标。第一步是使用更简单的中子源来成像金属机器部件的内部，就像十年前SHINE的前身凤凰号所做的那样。在更有利可图的第二步，SHINE现在寻求使用比1号楼更精细的中子源来产生医用同位素——一种可用于组织成像或燃烧肿瘤的短暂放射性原子核。一旦SHINE在这个数十亿美元的市场上取得成功，Piefer设想利用其技术将核反应堆中的乏燃料转化为危险性较低的元素。最后，从现在起10年或更长时间，将出现核聚变能源。

在每一步中，SHINE的研究人员都必须加快聚变反应的速度。Piefer说，他们的商业策略是利用核聚变本身来满足商业需求，而不是像其他一些核聚变公司那样出售电源、磁铁和其他辅助技术。“有必要围绕规模化核聚变建立一个完整的产业，使其在成本上具有竞争力，”Piefer说。“这就是我的目标。”

SHINE已经在生产一种能杀死癌症的同位素——镥-177——尽管没有使用它自己尚未完成的中子源。离1号楼一箭之遥的一个闪闪发光的工厂将容纳这些机器，但只完成了80%。目前，SHINE将前体材料运送到其他地方的核反应堆，用中子进行辐照。尽管如此，SHINE的官员仍希望主导新兴的镥-177市场，因为该公司已经可以每年生产10万剂。SHINE的供应链经理Dave Gelander说:“我们很快就会成为北美最大的供应商。”

这样的进展让一些人看好SHINE，该公司已经筹集了7亿美元资金，拥有近300名员工。“这不是一个论文练习，”David Moncton说，他是麻省理工学院的物理学家，也是SHINE顾问小组的负责人。“我非常乐观地认为，这家公司很快就会在财务上实现自我维持。”

SHINE并不能保证在混乱的医疗同位素市场上取得成功。但就目前而言，它似乎是一个令人振奋的工作场所。1号楼有一种家的感觉，有点像车库，工程师们下班后也可能会在那里闲逛。SHINE的首席技术官罗斯•拉德尔(Ross Radel)表示:“我经常把这个地方称为兴奋剂般的研究生院。”

然而，SHINE在隔壁组装的设备散发出一种不同的感觉，那是一种大企业的感觉。具有讽刺意味的是，商业上的成功可能会威胁到彼得的最终目标，给SHINE带来压力，迫使其放弃核聚变发电的梦想，只生产同位素和赚钱。

2006年，彼德弗博士毕业后不久，在自己家里的一次聚会上萌生了SHINE技术背后的关键想法。即使客人们玩得很开心，他也开始探索。“每个人都在喝酒，所以我就在笔记本电脑上工作，”他说。

彼得一直在思考他博士研究中的一个问题。他一直在探索一种被称为惯性静电约束聚变的旧方案，在这种方案中，一个带负电荷的小球体位于一个带正电荷的大球体的中心。注入氘气体，将电压调高到200千伏，电场就会把电子从一些原子上拉出来，产生氘核，并加速它们向装置的中心移动。在那里，它们应该碰撞并融合。

只是效果很差。Piefer回忆说，确实发生了一些聚变，但主要是当涌入的离子与停留在腔室中的氘分子相撞时。碰撞率会随着残余气体量的增加而上升。但气体也减慢了离子的速度，降低了碰撞导致聚变的可能性。“我意识到我们做核聚变的效率太低了，”Piefer说。

当他的朋友们在聚会时，他看到了一个大大提高聚变速率的方法:将离子的加速与气体分子的碰撞分开。彼得迅速计算了一些数字，发现“这里加速，那里碰撞”的策略可以将聚变速率提高10万倍。他很高兴。“我刚刚花了整个教育生涯来研究核聚变，离开时觉得它没有用。突然间，数学告诉我，‘实际上，你今天就可以把它工业化。’”

SHINE科技公司的技术人员使用关节式操作器将手伸入热槽中，处理含有镥-177的液体样品

Piefer立即开始思考如何让这个计划变得有用。他认为他的论文导师杰拉德·库尔金斯基(Gerald Kulcinski)强调了近期的应用。库尔钦斯基曾在1971年至2014年期间负责华盛顿大学(现已解散)的聚变技术研究所(Fusion Technology Institute)，他认为彼得天生务实。“他不是一个典型的学生，对提出一些现象的理论推导感兴趣，”库尔金斯基说。“他更感兴趣的是你用它做什么。”

彼德费尔早在一年前就踏入商界，当时他创立了一家名为Phoenix的公司，探索利用核聚变产生的中子来寻找地雷。既然他看到了一种产生更多中子的方法，他就转向了中子成像，这通常是在小型反应堆上进行的。x射线无法穿透金属部件，因为金属的自由流动电子阻挡了它们。然而，中子穿过电子，从原子核上弹回来。它们可以探测喷气发动机的涡轮叶片等部件，以发现缺陷或找出物体的元素组成。

2014年，凤凰公司将首批成像源卖给了一家制造核反应堆监控系统的英国公司。这些装置向一个含有氘的固体目标发射一束氘核。2018年，在通用日立决定关闭北美唯一的商业成像反应堆之后，凤凰城与通用日立核能公司签署了一项协议，测试核燃料棒，以确保它们含有合适的可裂变铀-235与惰性铀-238的比例。SHINE在威斯康星州菲奇堡附近的一家工厂提供成像服务，客户包括美国军方。

即使是在生意萌芽的时候，彼得也在计划下一步。2009年，美国国家研究委员会(National Research Council)和美国能源部(DOE)顾问小组的报告都警告称，美国医疗用放射性同位素的供应不足。他们强调了钼-99或钼-99，这是最常见的医用同位素，用于观察心脏等器官。(在医院里，钼-99会衰变成寿命较短的锝-99m。医生注射锝，并利用它发出的伽马射线来创建图像。)在美国，每天有4万例手术依赖于钼-99，它是在其他国家的研究反应堆中制造的。

两年前，加拿大乔克河实验室(Chalk River Laboratories)的反应堆长期关闭，导致全球三分之二的钼-99供应中断，钼-99价格飙升。美国已经在寻找新的来源，因为制造钼-99的反应堆燃烧的是高浓缩铀(HEU)，通常是93%的铀-235，以产生所需的高中子通量。中子在一个单独的高浓铀塞中分裂铀原子核，生成钼-99。由于高浓铀可以制造核弹，美国能源部下属的国家核安全管理局(NNSA)寻求在美国制造钼-99的方法。为了响应这一号召，皮耶尔于2010年在凤凰城创立了SHINE公司，并获得了NNSA最终总计8500万美元的资金。(SHINE是亚临界混合强中子发射器(Subcritical Hybrid intensive Neutron Emitter)的首字母缩写，于2021年收购了凤凰号。)

为了制造钼-99和其他同位素，SHINE的研究人员必须增强中子源。为了产生更多、更高能量的中子，他们用氚气体取代了固体氘目标，氚气体需要特殊处理，因为它具有放射性。更棘手的是，没有任何物理屏障可以将加速器的真空室与装有气体的圆柱体分开，因为80毫安的氘束无论如何都会在里面熔化一个洞。相反，两者被0.5厘米宽的狭窄物隔开，这个狭窄物刚好可以防止气体泄漏到加速器中。泵捕获少数逃逸的分子，并将它们送回目标。

同位素本身将在目标周围的硫酸铀酰溶液中形成。核聚变产生的中子将分裂液体中的铀原子，产生钼-99和其他可被筛出的同位素。简而言之，该装置将产生与反应堆核心相同的核碎片，而不会发生连锁反应。2013年，SHINE公司向美国核管理委员会(Nuclear Regulatory Commission)申请许可，建造一座容纳8个中子源的工厂，以及一个较小的设施，用于处理中子源产生的同位素。

十年后，结果是一个几乎完工但空无一人的5200平方米的工厂，SHINE称之为“蛹”。在它的常规外壳内，有一个60厘米厚的钢筋混凝土墙的“核岛”，足以承受喷气式客机或恐怖分子炸弹的冲击。

一个阳台可以俯瞰中子发生器所在的八个深方形井。每运行几天，它们就会不断地制造出同位素。SHINE几乎拥有完成设备的所有部件，存储在附近的仓库中。然而，大流行和信贷市场的紧缩减缓了进展，SHINE需要大约1亿美元来完成工厂，Piefer说。目前，蝶蛹看起来有点像罗马废墟，水井像一些古代大教堂的海湾。

然而，SHINE已经开始运送同位素了。去年年底，该公司开设了一家名为仙后座的小型工厂。如果说蝶蛹还是一个尘土飞扬的建筑工地，那么附近的仙后座就是一个活跃的蜂巢。在那里，穿着洁净室服装的技术人员使用机器人操纵器进入热室，处理和包装SHINE公司的第一个产品:不是钼-99，而是镥-177。

SHINE改变计划有几个原因。首先，钼-99的严重短缺从未成为现实。美国能源部同位素项目主任Jehanne Gillo解释说，尽管乔克河反应堆于2018年关闭，但欧洲、澳大利亚和南非的其他反应堆提高了产量，并协调了维护计划。多个消息来源称，这些政府资助的反应堆还以低于全部生产成本的价格出售钼-99，这压低了价格，使市场难以进入。

Lutetium-177的利润更高，对于SHINE这样的初创公司来说，可能会达到经济上的最佳点。伯明翰阿拉巴马大学(University of Alabama at Birmingham)的放射化学家苏珊娜·拉皮(Suzanne Lapi)说，这种技术很新，医疗市场还没有被封锁，但也很老，医生对它很熟悉。“我们知道如何处理镥，”她说。“一些较新的同位素可能会带来更大的冲击力，但我们仍在试图了解它们的化学成分或安全性。”

镥-177被用于一种新的癌症治疗方法，称为治疗学。化学家们设计了一种分子，它不仅能与特定的肿瘤细胞结合，还能与两种不同的同位素结合。第一种必须是适合成像的，比如镓-68。当注入这种载体分子后，医生就能发现肿瘤。第二种必须杀死肿瘤细胞，就像镥-177一样，在半衰期为6.7天的衰变过程中释放出高能电子。诺华公司已经在销售经美国食品和药物管理局(FDA)批准的用于前列腺癌和神经内分泌癌的镥-177治疗药物，数十项临床试验正在测试其其他用途。

镥-177可以通过用中子轰击同位素镱-176来产生，这样它就会吸收一个中子。然后原子核释放出一个电子，成为所需的同位素。因为它自己的中子源还没有准备好，SHINE正在把小瓶的176镱送到密苏里大学的研究反应堆进行处理。然后这些样品被迅速运回SHINE，在那里工人们提取出镥-177。

值得注意的是，SHINE并没有购买镱-176，而是利用其粒子加速器技术从天然镱中提取它。吉罗说，大多数176镱来自俄罗斯，乌克兰战争的紧张局势使供应变得脆弱。“SHINE非常聪明，因为它解决了进入该市场的一大风险。”

SHINE公司负责系统和治疗的首席运营官杰西卡·吉菲(Jessica Giffey)说，SHINE公司的镥-177已经获得了FDA的批准，可以用于人体。该公司拒绝讨论一剂药的价格。但它必须与产品的物理尺寸完全不成比例，产品是装在一个小玻璃瓶里的盐酸溶液液滴。吉菲说:“说我们以毫升，有时是微升为单位发货总是很有趣。”她说，事实上，瓶子可能看起来是空的。“看起来那里什么都没有。”

今年6月，SHINE宣布了一项协议，将镥-177运往Blue Earth Therapeutics公司，用于前列腺癌治疗的临床试验。彼得说，SHINE明年应该会开始盈利。这笔收入应该有助于完成同位素工厂。这样，SHINE就可以依靠自己的中子来制造钼-99和许多其他同位素，并产生更多的利润来资助聚变发电的后续步骤。

但是SHINE在同位素行业真的会成功吗?一些观察人士表示，如果钼-99的国际市场没有受到政府补贴的扭曲，该公司早就在赚钱了。“如果这是一个公平的竞争环境，SHINE会走在所有人的前面，”彼得的论文导师库尔金斯基说。另一些人则认为，自从SHINE计划确定路线以来，经济风向已经发生了变化，这可能会使其计划复杂化。

Gillo说，更换研究用反应堆的紧迫性已经消退，因为大多数反应堆已经转换为使用低浓缩铀，新的反应堆已经上线或正在建设中。圣母大学的核物理学家阿尼·阿普拉哈米安(Ani Aprahamian)说，与此同时，对医用同位素的需求激增，吸引了使用要求不高的技术制造它们的小公司。例如，与Aprahamian有关的az同位素使用一种叫做回旋加速器的加速器来分裂原子核并制造锕-225，这是一种治疗癌症的方法。

SHINE甚至可能最终与一头迄今一直沉睡的熊摔跤。传统上，电力公司一直避免在动力反应堆中生产同位素，因为这可能与稳定运行相冲突。然而，在2022年，为加拿大安大略省提供30%电力的布鲁斯电力公司(Bruce Power)在其位于蒂弗顿(Tiverton)附近的8座反应堆发电厂安装了一套生产镥-177的系统。今年5月，该公司宣布了产量翻番的计划。拉皮说:“坊间传言，他们正在大量生产。”

不出意外的话，SHINE的核聚变技术可能会面临内部竞争:该公司可能必须证明，运行自己的同位素源比把材料送到反应堆更有利可图。

观察人士说，另一方面，如果SHINE取得了巨大成功，这一成功可能会破坏Piefer追求核聚变的计划。“医用同位素是致富的好方法，”阿普拉哈米安指出。“特别是如果SHINE上市并成立董事会，人们会对他们施加很大压力”，要求他们坚持利润丰厚的同位素业务。

一些研究人员想知道SHINE公司的核聚变发电计划到底有多具体。加州大学洛杉矶分校的聚变物理学家特洛伊·卡特说:“前三个步骤和他们开发的技术令人印象深刻。”“我不知道他们对第四步的概念是什么。”

这种模糊是有目的的，Piefer说。他说，SHINE的开发人员对接下来的步骤有明确的想法。为了产生足够的中子来转化废核燃料，他们必须用电离的氚等离子体取代发电机的气态目标。但是对于核聚变发电厂，Piefer说他没有具体的设计。

Piefer说，还有太多的物理原理是未知的。因此，与一些核聚变公司不同的是，SHINE并不致力于特定的反应堆设计，而是打算获得必要的知识和技能，以便在时机成熟时选择合适的反应堆。“我们不认为我们的公司是一种技术，”他说。“我们认为它是一套能力。”

但是，在SHINE即将成为的这家公司，这些能力能继续增长吗?大家都说，SHINE(就像之前的凤凰号一样)一直是一个尝试的机构，年轻的研究人员从一个项目跳到另一个项目。SHINE公司负责研发的副总裁伊莱•摩尔(Eli Moll)表示:“我们几乎什么都要做。”2013年，他在华盛顿大学读研究生一年级时加入了SHINE公司。

SHINE的领导人说，既然公司已经开始发货，公司就有意转向稳定运营。“说到底，你为什么要创业?SHINE的运营副总裁蒂姆•罗伊特问道。“你的产品必须要有人愿意给它某种价值。这才是你真正需要集中精力的地方。”

Moll说，SHINE的领导者正在努力保持研发和运营之间的平衡。不过，如果你赚了很多钱，谁还有时间去追逐梦想呢?