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bv1946伟德入口:美校企合作开发核聚变能,美对

2019-10-31 21:40

刚刚过去的这个春天,美国能源部委托其聚变能科学顾问委员会拿出一份审视该领域潜在发展路径的报告。该请求提出的大背景是:面对停滞不前的预算和对ITER日益增长的财政承诺,美国本土项目正在艰难度日。FESAC成立了一个附属委员会,并且应能源部要求,未将任何美国现有的主要核聚变实验室成员吸纳进来。该附属委员会只有几个月的时间向科学界咨询并拿出一份报告草案。与此同时,它提出的建议必须同4种十年预算方案相符,而后者要求开支上的涨幅相对较小甚至没有增长。

新一代超导体使得来自MIT和剑桥市联邦聚变系统的研究人员,能够在传统的使用热等离子体为燃料的托卡马克反应堆中增加磁场强度。与基于之前设计的反应堆相比,这可能为建造更小、更便宜、更简单的反应堆铺平了道路。前者包括目前在法国南部建设的陷入困境的国际热核试验反应堆项目。

此次听证会旨在从整体上评估美国的核聚变项目。“亚洲和欧洲的核聚变研究正在逐步上升,美国如果要把资金投入到具有竞争力的地方,就必须聚焦潜在的突破性研究。”Prager说。PPPL的研究人员主要集中在4个领域,Prager表示,尾随ITER设计不仅能维持燃料等离子体,而且能产生净发电量的“试点发电厂”;研发能够支撑聚变反应高辐射性的材料;大规模计算机模拟;发展与ITER相关的物理学。然而,他表示,美国核聚变研究“在资源上存在限制”。

在报告形成之前,研究人员就对其持批评态度。他们指出,该小组未包含任何来自通用原子能公司、麻省理工学院或PPPL的人员。Synakowski说,把这些机构排除在外对于避免利益冲突非常必要。其他的利益冲突让FESAC的20名成员中仅有9人参与投票,且其中仅有6人投赞成票。

《中国科学报》 (2014-10-23 第3版 国际)更多阅读《科学》相关报道

《中国科学报》 (2018-03-11 第2版 国际)

事实上,近期公开的预算数值表明了众议院比参议院更加支持核聚变研究以及ITER。此前,众议员拨款委员会通过了2017财年对DOE的预算草案,该草案将于10月开始实施。其中包括为DOE核聚变能科学项目所划拨的4.5亿美元,比今年的预算增加了2.7%。这些资金包括资助ITER的1.25亿美元。相比之下,参议院拨款委员会的草案将FES预算减少了36%,仅为2.8亿美元,而且建议对ITER的投资为零。

正如参议院做预算的工作人员威胁要做的事情一样,一些观察人士说,拯救国内核聚变项目的唯一通道是让美国退出ITER项目。另一些人则表示,核聚变研究对于科学办公室来说是一个坏选择,应该被移至其申请的DOE应用研究项目。

来自麻省理工学院等离子体科学核聚变中心的Martin Greenwald表示,整个过程令人很不满意。

Mumgaard说,学术界和产业界之间的合作应该有助于科学家将核聚变技术从实验室转移到市场中去。

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一些观察者可能会说,应该责怪核聚变物理学家没有作出选择。担任该小组主席的伊利诺伊州芝加哥大学理论物理学家Robert Rosner说,2012年,DOE让一组研究人员决定如果预算吃紧,应该关闭3个托卡马克装置中的哪个,但该小组拒绝选择。然而,在DOE宣布打算关闭MIT装置后,“事实完全激怒了这群人”。他说。

bv1946伟德入口,马里兰州盖瑟斯堡聚变发电联合会主任Stephen Dean表示,从中并未看出各成员对该报告的鼎力支持。普林斯顿等离子体物理实验室研究人员Charles Skinner则在一封10月6日写给FESAC的信中用戏剧化的手法表达了对提议计划毫无吸引力可言的感受。

对MIT的研究人员来说,他们希望自己的工作能让政府对核聚变研究产生更多的兴趣。Greenwald表示:“如果我们能够改变这种想法,我们就有可能重振这项计划的其他部分。”

当众议员Bill Foster提出美国的撤出对ITER是否会造成致命影响时,Bigot并未直接回答,而是表示:“如果美国撤出,将会让工程严重受挫,因为很难找到替代的技术专家。”

该小组在10月10日递交给FESAC的报告展望了各种紧缩预算水平下的未来10年规划。报告要求立即关闭美国3项大型核聚变装置或称托卡马克装置之一 ——马萨诸塞州坎布里奇麻省理工学院的Alcator C-Mod装置,并重新提及2012年DOE叫停该装置的计划,但这一计划此前遭到国会反对。另外两个装置——新泽西州普林斯顿等离子物理实验室国家球形环实验与加利福尼亚州圣迭哥通用原子能公司的DIII-D——中的一个也可能在5年后关停。结束这些项目后,研究人员将在称作核聚变科学装置的更大规模的设施上开始初步工作,该装置将用于研发从实体发电装置的等离子体中获取能量所需的材料和元件。

来自麻省理工学院的Greenwald同样表达了自己的担忧。他认为,报告提出的计划激不起多大兴趣。“我们需要一份更有吸引力的路线图。”Prager则相信“假以时日,这份工作一定可以做得更完整”。

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在跟众议员Dana Rohrabacher针锋相对的交流中,Bigot承认未来10年当ITER启动时,其总成本可能会超过200亿美元。这一数额比中国、欧盟、印度、日本、俄罗斯、韩国和美国在2006年决定建造这台设备时估计的120亿美元提高了很多。原计划还设想ITER可以从今年开始运行。Rohrabacher说,如果将用于ITER的资金投入到其他常规核能研究中,可能已经带来了更多的研究成果。“我依然认为,如果我们将200亿美元投入到核裂变领域,我们对人类的贡献会更大。”他说。

由于ITER在挤压其他项目的预算,很多研究人员说,DOE的FES项目副主任Edmund Synakowski及其职员把他们排除在政策制定之外。“他不是一个支持向科学界输入资金的人。”得克萨斯州理论物理学家Francois Waelbroeck说。而Synakowski则说自己“一个电话就能找得到”,但他强调自己的角色是“在需要的时候作出艰难的抉择”。

其他研究人员则批评工作组在撰写报告时并未从核聚变专家那里获取足够的信息。他们认为该工作组只召开了一次公开会议收集观点,而且每次发言被限制在10分钟以内。“听到这些想法的确令人兴奋,但随后并没有足够的时间认真消化。”普林斯顿等离子体物理实验室主任Stewart Prager表示。

“如果MIT能够做到他们所说的——而且我没有理由认为他们不能,这将是向前迈出的一大步。”Stephen Dean说。他是马里兰州盖瑟斯堡的一个倡导团体核聚变能源协会的负责人。

Hsu表示,当前DOE仅支持两类核聚变研究:利用ITER以及PPPL的国家球形环试验设备进行的磁约束核聚变,以及利用诸如加州利弗莫尔国家实验室国家点火装置的强激光向内爆裂燃料芯块。DOE的核聚变能源科学项目每年通常会在备选核聚变技术领域投资400万美元,Hsu说,但是近年来相关资金却与日俱减,逐渐干涸,而与此相对,中国正在大力支持相关研究。

一名研究人员正在普林斯顿等离子物理实验室中的“甜甜圈”形状的托卡马克内工作。 图片来源:PPPL

9月22日~23日,FESAC召开会议讨论报告草案,并就是否提交给能源部进行表决。不过,附属委员会仅在会议召开的前一天公开了草案内容。这引发了广泛的抱怨,认为没有足够时间阅读70多页的报告并消化其中的结论。FESAC最终将针对报告的表决推迟到10月10日。

科学家正在努力研究可控核聚变,核聚变可能成为未来的能量来源。核聚变燃料可来源于海水和一些轻核,所以核聚变燃料是无穷无尽的。人类已经可以实现不受控制的核聚变,如氢弹的爆炸。

另一位民主党众议员Alan Grayson则对ITER表示沮丧。核聚变能“未来可能会出现”,他说,“然而到现在签署政府间ITER合作协议已经过去了10年。但是我们在进行主要实验之前仍要花费11年的时间,而且甚至没有一项利用ITER发电的计划,这并非我们启动这一项目的目的或初衷。”他提出未来10年是否可能实现核聚变,但是Bigot、新泽西州DOE普林斯顿等离子体物理实验室主任Stewart Prager以及新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室核聚变物理学家Scott Hsu都对此审慎地表示,难以在这样的时间尺度上实现这一目标。

让事情更加复杂的是,Synakowski很快把这些没有道理的话写进若干个报告建议中。10月27日,在新奥尔良举行的美国物理学会会议上,他告诉研究人员不予讨论数十亿美元的FNSF项目,而且在未来10年关闭NSTX 或 DIII-D均为时尚早。然而,他表示,这份报告和此前的FESAC研究将会告知DOE明年递交给国会的计划。

在FESAC举办的两场会议期间,一些核聚变专家对报告进行了猛烈抨击。一封由50位资深研究人员签名的信中写道:“指导这份报告的基础战略远景存有缺陷。”该信件承认发展核聚变技术是必要的,但并未表明“这种核聚变和等离子体科学上的进步成熟到足以令基础研究减少的程度”。

CFS是追求将聚变能变为一种清洁能源的一系列初创公司中最新的一家。位于英国牛津附近的托卡马克能源公司也在寻求利用高温超导体开发一种托卡马克反应堆。但观察人士表示,来自MIT的这家公司是同类公司中最出色的。

对于国际热核聚变反应堆总干事Bernard Bigot来说,参加美国众议院的听证会或许是一件相对友好的事情。毕竟,尽管参议院的预算制定者曾反复尝试让美国退出这个麻烦不断的项目,但众议院拨款委员会却对该项目表示支持,而且在预算谈判中占据上风。然而,4月20日,在众议院科学、空间和技术分会的一次听证会上,Bigot却遇到了共和党和民主党代表的尖锐问题,一些人表示他们已经对ITER失去了耐心。

《中国科学报》 (2014-12-29 第3版 国际)

该报告提议重组美国等离子体研究,尤其是减少基础等离子体物理分量,更多关注未来动力反应堆技术发展。这意味着新的重点将转移到控制难以驾驭的等离子体、了解等离子体与反应器固体表面的相互作用以及提高建模与仿真能力上。报告还提出在现有散裂中子源场地建立新的装置,以测试未来反应器所需的抗中子材料。等到十年计划收尾时,该报告认为美国将作好建立新反应器,即聚变核科学装置的准备。

新泽西州普林斯顿等离子物理实验室前主任Stewart Prager说,MIT吸引私人资本的提议是一个好消息。但他警告称,私人投资不足以弥补美国核聚变项目停滞不前的预算。

《中国科学报》 (2016-05-04 第3版 国际)

威斯康星州立大学物理学家Raymond Fonck表示,无论指责谁,功能紊乱均会导致DOE高层和白宫产生“支持方倦怠感”。“尽管我们对正在进行的能源研究抱有救世主的幻想,但是联邦议事日程上还有其他的事情。”他说。近期的预算数字表明,支持者的疲倦感已经产生了。在10月1日开始的2015年财政预算中,DOE对国内核聚变研究的申请是2.66亿美元,比一年前减少了3900万美元。但国会推翻了相关预算削减,把国内项目的开支增加到3.18亿美元。

当该报告最终在10月10日的FESAC电话会议上进行表决时,能源部开始介入以解决存在的潜在冲突。能源部官员要求23位FESAC成员回避——如果他们同拥有大型核聚变装置的实验室或可能从报告提议中获益的实验室存有关系。经过筛选,只有9位成员拥有投票权,并以6:3通过了该项报告。

将氢原子聚变形成氦能够释放出大量的能量,这些能量可以被用来产生无碳的电力。但是,在一个有限的空间里维持实现这一过程所需的极端温度却仍然是一项艰巨的挑战——迄今为止,与此相关的大多数希望和预期都落空了。

正在法国卡达拉舍建设的庞大的核聚变实验ITER,旨在证明当核子熔融成“燃烧的等离子体时”(这一过程模拟太阳内部的运行状态),磁场中的氘和氚的核子等离子体能够形成比其消耗的更多的能量。但是ITER的研究已经远超预算,而且进展比原定时间至少晚了10年。

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最近,很多美国核聚变专家正猛烈抨击一份试图描绘该领域十年战略规划的报告。他们称其“有缺陷”“不尽人意”,并且认为这份贸然而出的报告充斥着潜在利益冲突。于是,来自一个23人政府顾问小组的大多数成员由于潜在利益而不得不在投票表决该报告时作出回避。

“这是关于规模的,也是关于速度的。”CFS首席执行官Robert Mumgaard表示。CFS是衍生自MIT的一家公司,该公司已经吸引了来自意大利能源巨头ENI公司的5000万美元投资,并计划在未来3年内投资3000万美元在MIT进行研究和开发。

见效慢 开支大 美对ITER态度摇摆不定

项目官员与科学团队矛盾重重 美国核聚变研究面临崩盘

前途未卜
美核聚变十年战略规划招致科学家猛烈批评

美校企合作开发核聚变能 希望在15年内建造试验电厂

尽管美国对ITER的支持犹疑未决,但相关建设仍在不断升温。图片来源:ITER

机制失调、中断暂停、混乱无序——这是许多内部人士形容美国核聚变研究工作的词汇,该研究旨在利用让太阳发光的同样过程产生能量。美国能源部聚变能科学项目官员与其所支持的科学团队之间产生了裂隙。很多科学家说项目官员操作不透明,但科学界自身一直有着“难管”的名声。

聚变核反应在产生丰富的清洁能源方面有着很大的潜力。不过,要想实现这个目标,必须将氢燃料加热到1亿摄氏度以上,从而使其变成电离气体或等离子体。这个过程需要巨大且昂贵的反应器。目前,最大的核聚变项目是国际热核反应堆的托克马克装置。该机器正在法国建设中,并且得到美国和国际合作伙伴的支持。不过,迄今为止还没有一个核聚变反应器产生的能量超出它所消耗的能量。

核聚变即轻原子核结合成较重原子核时放出巨大能量。核聚变是核裂变相反的核反应形式。

总体来说,众议院委员会小组成员似乎对核聚变研究呈支持态度,对ITER尤其如此。“我非常欣赏你们的工作,据我所知,ITER是一个研究核聚变的更好的地方。”众议员Randy Hultgren对Bigot说,“我认为这样的合作非常重要,我希望美国能够继续保持可靠合作者的角色。”

工作不协调导致拟在下月递交给国会的项目战略性计划起草工作陷入混乱,可能危及当前项目已经紧张的5.05亿美元年度财政预算。“当你不得不为每一美元精打细算的时候,却制定不出一个战略性计划,这让事情变得更加困难。”民主党一位参议员说,他称这项计划是“一个失败”。

目前,能源部正在考虑下一步举措。当它在不同选择间进行抉择时,相信应该会从核聚变研究人员那里获取足够的信息

本报讯 美国麻省理工学院将与一家私营公司合作,在未来15年内开发用于核聚变的能源技术。一旦成功,这项斥资数千万美元的努力将有助于释放几乎无限的无污染能源。

此次听证会为ITER和美国参与者开启了两周有趣的经历。在2013年的一次严格外部审查之后,国际ITER组织对其管理结构进行了重新修订,其中包括聘请Bigot从2014年11月起担任总干事。2015年11月,ITER官员对该项目的基本成本和时间表进行了重新修订。近日,一个独立委员会将就基本成本的可行性进行调研。5月初,美国能源部的官员据说将会向国会报告他们认为美国是否应该继续参与ITER还是选择退出。Bigot认同Rohrabacher的推测,美国对ITER的资金支持将不仅是一开始估计的11亿美元,而可能是40亿~60亿美元。

美国国内核聚变项目存在紧张的财政预算压力,这是由于相关官员在四处筹集资金支付美国在国际热核实验反应堆中的份额——这项庞大的国际实验是为了证明受控核聚变可以比消耗的能量制造出更多能量。现在,在法国处于建设中的ITER项目中,美国2014年花费了1.99亿美元的开支,DOE官方估计,美国需要承担的整体花费至少为39亿美元。

这样的计划当然需要在别的地方作出牺牲。目前美国拥有3个中等规模的核聚变反应器,其中一个是位于麻省理工学院的Alcator C-Mod。它曾因2013年总统预算要求而差点关张,后在马萨诸塞州政客和科学家的极力游说下被国会赦免。新报告提议立即关闭C-Mod,而位于普林斯顿的NSTX-U和圣地亚哥的DIII-D等其他两个反应器则再继续运行5年。不过,报告建议可能到时还要关掉其中一个,这要视资助情况而定。

MIT等离子体科学与核聚变中心副主任Martin Greenwald说:“如果我们能够成功建造一个如此规模的磁体,那么我们对它的表现将会非常有信心。”

但 Synakowski和FES官员试图单方面为他们的科学团队制定计划。经过多年测试之后,国会今年1月要求FES在明年1月之前起草出战略计划。4月,DOE官员请核聚变能源科学顾问委员会成立一个管理资金分派的特别小组。该小组召开了两次为期三天的会议。

bv1946伟德入口 4图片来源:IAEA Imagebank/Flickr

研究人员面临的第一个挑战是把一个商业可利用的超导体转变成一个巨大的高性能电磁体,这可能需要大约3年的时间。在接下来的10年里,这个研究团队希望能够开发出一个可以产生比其消耗能量更多的能量的原型反应堆。随后,他们希望能够建造一个可向电网输出200兆瓦电力的试验电厂。

核聚变项目的分歧和DOE科学办公室耗用51亿美元的其他研究项目形成了鲜明对比,那些项目的副总监竭力指导相关团队制定现实的计划。比如,几年前,美国高能物理团队被认为产生了分裂。为此,在DOE高能物理办公室领导的督促下,研究人员成立了特别粒子物理项目优先小组,召开了为期两年的系列会议,形成了项目路线图。共和党参议院一名工作人员说,这样的共识计划“是人们想要看到的好的案例”。

Prager表示:“MIT获得的这一资助非常棒,但你不可能让私营部门承担核聚变项目的全部压力。”

一个研究团队于3月8日宣布,迄今为止已经吸引了5000万美元的这项技术基于高温超导体,后者已在过去几年中实现了商业化。

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