终极能源实验遭遇坎坷 核聚变能是否一场空

2016/12/9 14:35:22

自1985年，美苏两个超级大国的领导人在日内瓦发表了一项联合声明，声明中提到两国将“本着全人类的共同利益”开发一种新能源。

时至今日，这个项目已经演变成21世纪人类最宏大的一场科学活动。如果一切顺利的话，它将一劳永逸地解决人类的能源危机。这就是ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor)，全称“国际热核实验反应堆”，它要在地球上制造出人造太阳，消耗50兆瓦的能量，却会输出达到500兆瓦的动力，所需要的仅仅是宇宙中蕴藏丰富的物质：氢。

该项目一直着眼于原理论证，希望最终描绘出的技术，能填补人类对能源的无止境需求。各个项目参与国的政府对推动该项目的热情一直不减。

然而据近期报道，目前为止该项目的预算已经几次翻倍，在工程技术上也存在一些问题，技术流程也很繁琐。比如参与国不是集中资源一同开发，而是先在各自国家生产组件，再运到法国南部ITER所在地去组装。

而将近一年前ITER还只是地上一个10多米深的大洞，直到最近才刚刚把约100多万立方米的混凝土填下去。项目投入运行的日期也从2016年推至2018年，再推至2020年底。首次净能量输出实验起码要等到2026年，此时距项目开工已20年。

哪怕是这样，ITER还只是新能源的序幕，就算ITER获得成功，之后还要建造第二代的测试反应堆，只有这些反应堆都运行正常，各地才会建造能够并网发电的核聚变电站。

在1998年，基于对开支的考虑，美国曾退出了该项目，但美国只负担着整个项目费用的9%。不过其子项目美国国家点火装置(NIF)的研发似乎并没有停止。

现在看来，NIF大概可以堪称美国有史以来最庞大而昂贵的摆设了。NIF已经超支50亿美元，而进展比计划落后了许多。

这个位于加州劳伦斯·利弗莫尔实验室的巨大激光装置原本被设计为惯性约束核聚变示范项目。惯性约束是两条并行发展的通向安全利用“太阳威力”的道路之一，另一套或许更可行的方案是磁约束核聚变。

在几年前，当激光核聚变的理论研究结果看起来有些不乐观的时候，项目预算从20亿美元膨胀到了40亿美元，主管们开始将NIF作为一种核武器仿真测试手段向美国国会和能源部推销。

将激光汇聚于一点撞击微小的靶标就可以用来评价核弹头的可靠性，这想法对于普通外行而言是不可接受的，甚至于专家们也不接受。多年来美国最受尊敬的核武器独立专家理查德·加温几年前对《IEEE Spectrum》杂志表示：“(我)认为NIF的实验与核武器测试直接相关是错的，NIF装置中的温度远远低于真正的核武器所产生的温度，而且用来测试的物质的量也小许多。”但这不能阻止美国能源部推动该项目的建设和国会为其提供经费。

现如今，NIF的总预算恐怕将达到70亿美元，实验室开始使尽全身解数声称成功已经近在咫尺。今年7月初他们宣布完成了一次历史性创纪录的激光发射，这使15年来的工作和付出都是值得的。在这次发射中，192个激光器产生了超过500万亿瓦特的峰值功率，将1.85兆焦耳的紫外激光发射到了靶标上。实验室的专家预测，达到激光器产生能量多于消耗能量的临界点可能最快在明年就能实现。

但是这个“明年”现在或将变成很多年后，有关核武器方面事项的首席记者威廉·布罗德在报道中表示，截至目前NIF的状况就是“搞不定”。

一位监管激光项目的国家核安全管理局官员唐纳德L·库克告诉布罗德说：“我们要开始对出现的差错进行严肃的调查。”

尽管这座聚变装置已经被作为核武器的可靠性测试装置推广过，但实验室的专家现在又回到了老路上来，准备将其作为能源机器再次推销。

今年早些时候，实验室主任接受CBS“60分钟”节目采访时表示，NIF的目标是创造“清洁、取之不尽的能源”。他说这将使美国从温室气体排放的困境和对中东石油的依赖中解脱出来，而这种技术的商业化可能在10年之内开始。

不管怎样，ITER能够检验核聚变是否可行，但它不能证明核聚变是否能商业化运行。而我们有很多理由说明后者的不可行，最简单的理由就是聚变过程中的辐射强度非常高，能损坏像钢这样的普通物质，因此核聚变电站需要采用一些目前还没有的新材料，才能抵挡等离子体长达数年的轰击，不然反应堆就需要经常停机检修。再者，燃料氚的来源也成问题，发电站必须自行制备，比如利用反应堆本身的核反应过程来制造氚。

有人认为，建造一台基于ITER技术的反应堆，最大的障碍在于该装置极端的复杂性。那些特殊的加热系统和自制部件可能在实验中运行良好，但作为电站需要的是简单、易维护，英国原子能管理局负责人史蒂夫· 考利说：“无法想象一台到处叮叮咣咣的机器怎么能日复一日稳定工作。” 因此，在并网发电之前，还必须建造第二代的验证性反应堆，不用说，同样造价不菲。考虑到目前ITER跌跌撞撞的前进脚步，在本世纪中叶之前，估计什么也运行不起来。