对于美国核聚变研究人员来说，艰难的一年变得更加艰难。该国旗舰级的实验性核聚变反应堆在完成耗资9400万美元、历时四年的升级后不到一年就发生了故障。现在，新泽西州普林斯顿等离子体物理实验室（PPPL）的官员正在调查关键部件制造过程中遇到的问题是否导致了反应堆的故障。
实验室官员表示，该机器可能停运长达一年。更糟糕的是，美国能源部（DOE）资助的另外两个核聚变反应堆之一计划于9月30日关闭。这使得美国科学家只有一个主要的设施可以进行核聚变实验，即位于加利福尼亚州圣地亚哥的国防承包商通用原子公司。
“这对所有人来说绝对是一个挑战，”马萨诸塞州理工学院（MIT）的阿尔卡特C-Mod反应堆的负责人厄尔·马尔马说，该反应堆在运行了二十多年后即将关闭。“我们不会完全无法使用实验设施，但对于未来一年来说，情况肯定没有原来那么好。”
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升级后的普林斯顿反应堆，称为国家球形托卡马克实验升级（NSTX-U），其功率是其前身的两倍。与其他“托卡马克”反应堆（包括正在法国建设的国际ITER项目）一样，这种球形机器使用磁场来约束氢等离子体。然后将等离子体加热，直到原子融合并释放能量。理论上，核聚变可以无限期地为世界提供动力——并且是清洁的。
普林斯顿机器的故障于9月27日曝光，此前PPPL主任斯图尔特·普拉格辞职。实验室官员表示，升级后的反应堆于2015年12月开始以低功率运行，并产生了10周的高质量数据。科学家们在7月份发现产生电磁阱的线圈之一出现故障后将其关闭。
普拉格说，在反应堆线圈断裂之前，他一直在考虑辞去主任职务。他选择在八年后现在离职，以便新的领导层可以继续调查并修复机器。“这有点像正常的交接，”他说。
寻找线索
PPPL官员最初拒绝猜测线圈故障的原因，称正在进行调查。但该实验室后来向《自然》杂志证实，在制造该部件时，人们对故障线圈中铜的强度提出了质疑，并进行了调查。
马里兰州盖瑟斯堡的倡导组织“核聚变电力协会”的主席斯蒂芬·迪恩表示，在托卡马克升级过程中出现这些担忧表明，更仔细的分析本可以防止反应堆故障。“有时确实会犯这样的错误，但是鉴于核聚变项目的所有经验，本不应该以这种方式发生。”
NSTX-U项目主管乔纳森·梅纳德表示，成品线圈符合实验室的规格。他补充说，尚不清楚该部件的设计或制造过程是否导致了问题。反应堆中的另一个线圈，采用类似的设计，并用相同等级的铜制成，运行良好。尽管如此，实验室还是计划更换它。
一位不愿透露姓名的普林斯顿实验室前研究员表示，故障线圈中的铜可能比需要的强度更高。这使得将金属弯曲成所需的形状更加困难。即使制造中的微小缺陷也可能在能量流过反应堆并加热线圈时引起问题。
梅纳德说，在线圈发生故障后，X射线分析发现，当反应堆运行时，内部熔化可能导致了结构异常。PPPL的科学家计划将线圈切开以进行进一步调查。“我们将不得不等待这些结果才能做出更明确的声明，”他说。
不确定的未来
官员们不确定修复反应堆需要花费多少钱，但表示可能需要长达一年的时间才能使其重新上线。由于核聚变反应堆已计划于2016年末停止运行六个月进行维护，因此净研究时间损失可能约为六个月。
该故障的影响可能会超出普林斯顿实验室。马尔马曾计划在麻省理工学院的阿尔卡特反应堆关闭后将人员转移到普林斯顿设施。现在，麻省理工学院的研究人员将帮助普林斯顿重新启动其反应堆，并尝试通过与通用原子公司的反应堆和在其他国家的设施的团队合作来进行他们先前计划的研究。
美国能源部几年前决定关闭麻省理工学院的反应堆，但保留普林斯顿和圣地亚哥的设施。美国国会在2014年推翻了这一决定，但美国政府2016年的预算假设麻省理工学院的反应堆将关闭。
美国能源部表示，美国的核聚变研究计划仍然处于稳固的基础之上，拥有广泛的国际合作伙伴关系，一旦普林斯顿的机器恢复运行，将恢复全面实力。其他人则担心研究人员将如何应对只有一个主要的美国反应堆在运行的情况。
迪恩认为，该机构应该让阿尔卡特C-Mod再运行一年，直到普林斯顿反应堆修复。“我们的科学家只有一个机器在运行，这不是一个好情况，”他说。
如果美国能源部改变主意，马尔马准备重新启动麻省理工学院的反应堆。“C-Mod设施计划进入安全关闭状态，”他说，“但是如果需要，可以立即恢复运行，以支持美国和国际核聚变界。”
本文经许可转载，并于2016年9月30日首次发表。