世界上證明聚變能源可行性的旗艦項(xiàng)目ITER宣布，將其關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)推遲四年，將其推遲到2039年，增加耗資超過50億美元。由全球各國政府贊助的ITER實(shí)驗(yàn)現(xiàn)在看起來不太可能成為同類設(shè)施中第一個實(shí)現(xiàn)凈收益這一里程碑的設(shè)施，凈收益是指反應(yīng)產(chǎn)生的能量超過直接投入的能量。但物理學(xué)家表示，該項(xiàng)目對于為未來的聚變工業(yè)奠定基礎(chǔ)仍然至關(guān)重要。
德國加興馬克斯·普朗克等離子體物理研究所的等離子體物理學(xué)家Rachael McDermott說：“項(xiàng)目延期聽起來很戲劇化，但在物理學(xué)界，我認(rèn)為它不會產(chǎn)生太大影響。無論何時到來，ITER仍將具有極其重要的意義。”但是，讓資助者相信這一點(diǎn)可能具有挑戰(zhàn)性。該項(xiàng)目于2010年在法國圣保羅-勒茲-杜蘭斯附近開始建設(shè)，最初的目標(biāo)是在2016年啟動，并在2020年進(jìn)行首次驗(yàn)證聚變能的實(shí)驗(yàn)。包括商品和服務(wù)的捐款，資助者已經(jīng)為該項(xiàng)目提供了約220億美元。現(xiàn)在，私人聚變公司表示，他們可能會比ITER率先實(shí)現(xiàn)凈收益的目標(biāo)。
ITER的部分價值在于該項(xiàng)目有可能與私營公司分享經(jīng)驗(yàn)。等離子體物理學(xué)家、倫敦Fusion Energy Insights公司首席執(zhí)行官M(fèi)elanie Windridge表示，延期的一個好處可能是它促使ITER更多地與工業(yè)界接觸。Fusion Energy Insight是一家跟蹤聚變能源發(fā)展的公司。ITER在其成員國創(chuàng)建供應(yīng)鏈和聚變產(chǎn)業(yè)方面也發(fā)揮著重要作用。
ITER聚變實(shí)驗(yàn)旨在利用為太陽提供能量的現(xiàn)象，太陽的能量來自氫原子的聚變。在地球上復(fù)制這一過程可以提供幾乎取之不盡的清潔能源，但為聚變創(chuàng)造條件并收獲其產(chǎn)出是具有挑戰(zhàn)性的。
2022年，加利福尼亞州利弗莫爾美國國家點(diǎn)火裝置的科學(xué)家創(chuàng)造了一種“燃燒等離子體”，其中聚變是由反應(yīng)產(chǎn)生的熱量而不是外部來源維持的。在這樣做的過程中，它成為第一個實(shí)現(xiàn)凈增益的，從聚變中產(chǎn)生的能量比用于引發(fā)反應(yīng)的能量更多。該設(shè)施使用激光完成了這項(xiàng)工作，這是一種與ITER不同的技術(shù)。但目前還沒有人實(shí)現(xiàn)ITER的主要目標(biāo)之一——創(chuàng)造一種長壽命、燃燒的等離子體，其產(chǎn)生的熱量是直接輸入的十倍——這被廣泛認(rèn)為是聚變可以成為一種可行能源的證明。
ITER項(xiàng)目是中國、歐盟、印度、日本、俄羅斯、韓國和美國之間的合作項(xiàng)目，項(xiàng)目的延誤已經(jīng)不是什么秘密了。幾十年來，它一直受到一系列阻礙、成本超支和管理問題的困擾。2014年，該項(xiàng)目即將離任的總干事Osamu Motojima曾告訴《自然》雜志，如果ITER的啟動日期推遲到2025年，更不用說2034年了，它將無法生存。
ITER現(xiàn)任總干事Pietro Barabaschi于2022年被任命，他在6月20日的項(xiàng)目決策委員會會議上詳細(xì)介紹了更新的時間表，并于7月3日向記者介紹了情況。Barabaschi將項(xiàng)目延遲描述為根據(jù)聚變能的最新發(fā)展重新調(diào)整ITER計(jì)劃的機(jī)會。該項(xiàng)目的初始啟動將推遲9年，從2025年推遲到2034年。但他說，現(xiàn)在的計(jì)劃是跳過“相當(dāng)象征性的”初始階段，“盡快進(jìn)行真正的研究”。
這意味著從一開始就使用更完整的機(jī)器，ITER的“托卡馬克”——它使用磁鐵將氫同位素的過熱等離子體擠壓成甜甜圈形狀——在2036年達(dá)到最大強(qiáng)度，僅比之前的計(jì)劃晚了三年。反應(yīng)堆的全面運(yùn)行已經(jīng)推遲了四年，從2035年到2039年，屆時它將使用重形式的氫、氘和放射性氚作為燃料。新計(jì)劃包括使用一種新材料——鎢——用于面向聚變的墻壁，因?yàn)樗茸畛跤?jì)劃的鈹更不容易腐蝕。
但修訂后的時間表將額外花費(fèi)約50億歐元(54億美元)，資金尚未得到成員國的確認(rèn)。當(dāng)被問及資助者可能會如何反應(yīng)時，Barabaschi說：“我們必須拭目以待。”他補(bǔ)充道：“我個人的印象是，這個項(xiàng)目仍然得到了成員們的大力支持。”美國能源部在2018年的預(yù)算中增加了50%的應(yīng)急資金，美國可能能夠履行其對ITER的義務(wù)。
超導(dǎo)磁體研究員、英聯(lián)邦聚變系統(tǒng)(CFS)聯(lián)合創(chuàng)始人Brandon Sorbom表示，由于物理學(xué)和材料科學(xué)的投資和進(jìn)步，私人公司聚變項(xiàng)目現(xiàn)在可能會實(shí)現(xiàn)ITER計(jì)劃首先達(dá)到的許多技術(shù)里程碑。英聯(lián)邦聚變系統(tǒng)是劍橋麻省理工學(xué)院(MIT)孵化的一家公司。2023年，私營企業(yè)在全球范圍內(nèi)吸引了14億美元的投資，對他們的計(jì)劃持樂觀態(tài)度。在2023年的一項(xiàng)調(diào)查中，65%的公司預(yù)測，到2035年，聚變發(fā)電廠將向電網(wǎng)輸送電力。但Barabaschi對此持懷疑態(tài)度。他說，即使今天證明了核聚變的可行性，“我不相信我們能夠在2040年之前將其商業(yè)化部署”。“在擁有一個經(jīng)過驗(yàn)證的流程，然后部署它并使其在商業(yè)上可行之間存在很大差距。”
SPARC反應(yīng)堆——麻省理工學(xué)院和CFS在馬薩諸塞州德文斯建造的托卡馬克技術(shù)的緊湊型版本——可能是擊敗ITER獲得凈收益的項(xiàng)目。但聚變科學(xué)家也認(rèn)為，ITER作為一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，旨在做商業(yè)公司沒有做的事情。聚變物理學(xué)的許多方面取決于尺寸，ITER的巨大尺寸使其成為工廠級物理學(xué)的獨(dú)特試驗(yàn)臺。ITER還將為物理學(xué)家提供第一次機(jī)會，研究聚變反應(yīng)產(chǎn)生的大量快速移動的氦核如何在長時間內(nèi)相互作用以產(chǎn)生燃燒的等離子體。
ITER的研究還旨在解決聚變發(fā)電廠有朝一日將面臨的問題，但許多私營公司還沒有足夠重視這些問題。這些包括測試如何使用聚變產(chǎn)生的中子來“繁殖”更多的氚燃料(一種稀缺資源)，以及研究材料在反應(yīng)堆內(nèi)部惡劣條件下是如何受損的。最終，ITER的目標(biāo)是在聚變過程中產(chǎn)生比加熱等離子體多十倍的功率，但I(xiàn)TER沒有計(jì)劃使用這種功率來發(fā)電，凈增益的計(jì)算只包括直接熱量，而不包括進(jìn)入實(shí)驗(yàn)的其他能源。ITER越來越愿意與公司分享從公共資助的研究中獲得的知識。該項(xiàng)目5月份的第一次公私合作研討會比組織者預(yù)期的要繁忙。這證明了ITER的工作非常重要。
