聚变能源能否取得突破?

国家点火装置的聚变研究更接近实现,但由于政府关闭,科学家无法分享

加利福尼亚州利弗莫尔——可怜的聚变科学家们。他们在美国国家点火装置(位于旧金山东部一小时车程的葡萄园中,耗资35亿美元的实验室)辛勤工作,但去年九月未能按期实现核聚变点火时,他们感到懊恼。

面对公众的审视,奥巴马总统在其2014年的预算申请中提议将该计划的预算削减13.8%,降至4.01亿美元,研究人员将注意力从能源转向专注于核武库管理的实验。

现在,随着夏季成果越来越喜人,有传言称科学家最近在聚变能源方面取得了新的里程碑。虽然还不是点火,即期望达成的目标——释放的能量超过引发反应所用的能量,但这朝着这个方向迈出了重要一步。


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然而,他们不能谈论它。

随着政府关闭,美国60年来在高能物理领域的实验与其230年来代议制民主的实验发生了冲突。尽管国家实验室有足够的现金维持几周,但像劳伦斯·利弗莫尔国家实验室(点火装置所在地)这样的机构正在尽可能地削减开支,直到国会通过一项拨款决议。

因此,实验可以继续进行,但劳伦斯·利弗莫尔的一位女发言人表示,研究人员无法正式说任何事情。

这对聚变科学家来说尤其令人沮丧,他们相信自己正处于可能成为人类在能源领域最伟大的成就的边缘:利用太阳的反应来产生大量的清洁电力,利用覆盖地球三分之二的燃料来源,保障能源安全并解决气候变化问题。

被一千次预算削减扼杀?
理论上,聚变发电机不产生二氧化碳排放,不构成核武器扩散的风险,产生部分自身燃料,并且比几乎任何其他能源都更安全地运行。尽管聚变实验有一长串错过的截止日期和转移的目标,但科学家们坚持认为,实用的聚变不再是消失在远方的海市蜃楼。

它承诺为我们的能源问题带来绿洲,而这一次,科学家们认为它可能不是海市蜃楼。

“现在不是从利用这种性能并克服最后障碍的时候退缩的时候,”NIF激光聚变能源主任迈克·邓恩说。“如果我们现在退缩,我们将对社会造成巨大的损害。”

核聚变几乎与核裂变相反,核裂变是驱动传统核反应堆的过程。聚变不是分裂像铀这样的大原子,而是通过将像氢这样的小原子结合在一起来释放核能。但这绝对是一个极其复杂的挑战,科学家们在这里已经厌倦听到一个流传的笑话:它总是在十年之后,而且永远如此。

然而,在财政紧缩的时代,政策制定者必须设定优先事项,而押注于仅在理论上有效的事物是一项艰难的推销,尤其是在政府机器陷入停滞时。

尽管批评家指出聚变未能兑现的承诺,但辩护者指出,这些项目自开始以来就遭受了预算削减和缩减,导致进展断断续续和停滞。“这些项目显示了数十年的研究。与此同时,我们从未真正进行过投资,”美国安全项目(一个无党派国家安全智库)能源和气候高级研究员安德鲁·霍兰德说。“这真是一连串被取消的项目和未兑现的承诺。”

目前,联邦政府资助的聚变途径主要有两条:惯性聚变,如NIF的实验,以及磁约束聚变,它使用强大的磁铁将反应控制在称为托卡马克的环形容器内。

托卡马克在能源部科学办公室的管理下运行,每年的运行成本略低于4亿美元。由于早期的预算削减,其中几个项目,如麻省理工学院的Alcator C-MOD,已离线。

另一方面,NIF隶属于国家核安全管理局。由于其部分任务是为维护美国的热核武库提供研究和指导,因此该设施获得了更稳定的支持。

美国还承担了国际热核聚变实验反应堆(ITER)9.1%的费用,这是一个在法国卡达拉舍建造的耗资200亿美元的全球磁聚变项目。

“尖端”科学靠微薄资金运行
由于法国的实验落后于计划且超出预算,参议院能源和自然资源委员会在5月份致函政府问责办公室,要求对美国对该项目的贡献进行调查,担心ITER正在蚕食美国自己的托卡马克的资源。

此外,美国与聚变的若即若离的关系正在侵蚀这项工作的知识基础,并让一代研究人员望而却步。“这种滴水式的投入根本无法将新的科学家引入该计划,”霍兰德说。

当前的政府危机也给聚变科学家带来了焦虑。由于私人承包商运营着大多数国家实验室,他们的工人从技术上讲不是联邦雇员,因此他们不包括在众议院最近通过的H.R. 3223法案《联邦雇员追溯工资公平法案》的范围内。

上周,众议员埃里克·斯瓦尔威尔(加利福尼亚州民主党人),其选区包括劳伦斯·利弗莫尔和桑迪亚国家实验室的加州园区,致信能源部长欧内斯特·莫尼兹,要求如果政府停摆的时间超过他们的现金储备,则应向实验室雇员补发工资。

加利福尼亚州众议员安娜·埃肖、芭芭拉·李和佐伊·洛夫格伦共同签署了这封信。“我们为我们在科学研究方面的尖端进步感到自豪,但预算削减以及现在的政府关闭正在威胁着这些重要的事业,”洛夫格伦在新闻稿中说。

鉴于聚变研究的潜力和需求,科学家们表示,现在是加大力度的时候了。“一个非常积极的[磁聚变]计划,虽然不像曼哈顿计划那样,但具有侵略性,每年大约需要15亿美元,”普林斯顿等离子体物理实验室主任斯图尔特·普拉格说。“为了说明这一点,美国每年在能源上花费约1.5万亿美元。”

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