鄧雪梅/編譯

核聚變波瀾

鄧雪梅/編譯

國(guó)際熱核聚變反應(yīng)堆（ITER）項(xiàng)目飛漲的建造成本正在影響其他在研的核聚變項(xiàng)目

核聚變產(chǎn)生的能源有望把可再生資源的優(yōu)點(diǎn)（干凈、無(wú)碳的電力）與化石燃料的最佳品質(zhì)（無(wú)需顧及天氣變化可晝夜供電）結(jié)合在一起。然而，現(xiàn)實(shí)情況卻復(fù)雜得多。因?yàn)樵诰圩冞^(guò)程中，首先需要把氫或其他輕元素的某種同位素加熱到數(shù)以?xún)|計(jì)開(kāi)爾文，以形成電離等離子體，并隨著原子核的融化以及其質(zhì)量的轉(zhuǎn)換，最終等離子體被包裹在一個(gè)環(huán)形（甜甜圈狀）磁場(chǎng)中。

在超過(guò)六十年的時(shí)間里，物理學(xué)家們一直在嘗試圖利用核聚變技術(shù)造福于人類(lèi)。在2006年，一個(gè)國(guó)際性財(cái)團(tuán)簽署了一項(xiàng)關(guān)于開(kāi)啟ITER工作的協(xié)議，其一號(hào)反應(yīng)堆意在“點(diǎn)燃”核聚變等離子體，即能夠持續(xù)燃燒并產(chǎn)生比自身消耗更多的能源。ITER自2010年選址在法國(guó)南部的卡達(dá)拉奇建造以來(lái)，不僅其費(fèi)用急劇上升至500億美元（幾乎是原來(lái)預(yù)算的十倍），工期進(jìn)度表也延誤了十一年之久——2016年，ITER啟動(dòng)其第一個(gè)等離子體燃燒實(shí)驗(yàn)并計(jì)劃在2027年正式運(yùn)行，但前提是亟需解決一些棘手的技術(shù)難題。

與其他潛在燃料相比，ITER使用的是氫的同位素氘-氚的混合物，其優(yōu)點(diǎn)在1億開(kāi)爾文的溫度下便可點(diǎn)燃，但問(wèn)題是，其在產(chǎn)生能源的同時(shí)也生成了破壞反應(yīng)堆外壁的中子——使得反應(yīng)堆具有放射性，增添了核廢料處理問(wèn)題。

鑒于此，審慎的做法是支持不同的核聚變?nèi)剂涎芯亢筒煌姆磻?yīng)堆設(shè)計(jì)，例如，氘和氦3或質(zhì)子和硼11。與氘-氚相比，盡管它們需要更高的燃點(diǎn)卻極少甚至不產(chǎn)生中子，以及簡(jiǎn)潔和便宜。

參于ITER項(xiàng)目的七個(gè)成員國(guó)（歐盟、中國(guó)、印度、日本、韓國(guó)、俄羅斯和美國(guó)）均以相應(yīng)固定的份額對(duì)其資助。其中，歐盟負(fù)責(zé)整個(gè)成本的45.5%、美國(guó)承擔(dān)9.1%，但超支使得該項(xiàng)目很難騰出經(jīng)費(fèi)用于其他相關(guān)研究。尤其在2009年，隨著財(cái)政緊縮政策，美國(guó)幾乎所有部門(mén)的可替代核聚變研究項(xiàng)目都被取消了。

今年，美國(guó)參議院投票取消了2015財(cái)年對(duì)ITER的資助，盡管眾議院投票通過(guò)了追加預(yù)算來(lái)支持該項(xiàng)目，但這些決議案還將在最終的預(yù)算中協(xié)調(diào)。與此同時(shí)，應(yīng)國(guó)會(huì)要求，美國(guó)能源部（DOE）正在制定一個(gè)支持核聚變能源研究的十年計(jì)劃。

值得一提的是，該十年計(jì)劃為恢復(fù)可替代核聚變研究資助開(kāi)啟了一扇窗口。其中一些值得由財(cái)政資助的小型核聚變項(xiàng)目包括，由華盛頓大學(xué)推出的小型核聚變反應(yīng)堆設(shè)計(jì)方案，參與該項(xiàng)目的研究人員相信，其成本可能僅為托卡馬克的十分之一，以及新澤西州勞倫斯維爾等離子體物理公司試圖利用致密等離子體建造不產(chǎn)生中子的極端緊湊堆裝置。

至于ITER，盡管其存有不少問(wèn)題，但至少可以提供燃燒等離子體物理學(xué)至關(guān)重要的洞察力?？偟膩?lái)說(shuō)，假設(shè)沒(méi)有更重大延誤或超乎所料的成本，美國(guó)和其他伙伴應(yīng)繼續(xù)支持ITER——但絕不允許把核聚變能源研究帶入死胡同。

[資料來(lái)源：Nature][責(zé)任編輯：則 鳴]