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青岚:比比看,大洋两岸谁能先摘取能源“圣杯”
正是基于这样的认识,曾热情推动托卡马克大型化路线的赫希坦率承认:“在项目开发的早期,工程和商业可行性必须被整合和平衡,如果几十年前在磁聚变研究中建立了这样的平衡,可以肯定的是,托卡马克方法会向不同的方向引导”。
至于ITER的管理问题,则很大程度上肇始于项目建设地点之争。2005年5月,欧盟方面与日本达成协议,为换取后者退出选址竞争,欧盟不仅承诺了高比例的项目采购和资金补贴,还答应支持日本推荐的ITER总干事人选,并为日本预留相当比例的ITER行政人员编制,其后ITER项目实施阶段最关键的十年里,前后两任总干事均为日本人。
当迁就各方利益的管理架构和浸淫着“读空气”文化的日本管理者相遇,果然产生了奇妙的“化学反应”。松散的开放式科学项目管理风格大行其道,绩效管理与问责压力近乎于无,以至于2010年一次ITER评估会议中,美国代表团团长威廉·布林克曼忍无可忍地表示:“如果我能找到那个提出当前管理架构的人,我会亲手掐死他”。(If I could get my hands on the person who proposed the current management structure, I would strangle him)
无论原因何在,落地进度一拖再拖的ITER,已然错失了全球多边合作的黄金窗口期,波诡云谲的地缘环境大变局里,这艘象征着人类合作精神的航船能否顺利行驶到2039年,需要打上一个大大的问号,去年12月欧洲核子研究中心(CERN)叫停与俄罗斯科研合作,已经释放出一个不详的信号。
更重要的是,ITER所代表的Scaling Law信仰正受到越来越多、越来越大的冲击,当下太平洋两岸的核聚变创业潮,抑或看似突然的美国惯性约束聚变进展,都与托卡马克大型化所代表的思路格格不入,新的核聚变技术潮流中,Scaling Law似乎已不再是必要的路标。
从气球到月球
事实上,早在托卡马克热潮兴起之初,已有学者对资源押注于同一条技术路线表达过忧思。毕生致力于创新聚变概念研究的理查德·波斯特,就曾通过一个“从气球到月球”的寓言,警示了过早选定技术路线的风险:“这是关于一个原始文明决定登月的故事,他们发明了气球,接下来的想法是,他们会制造越来越强大的气球,显然每个气球都比上一个飞得更高,如果保持这种节奏,气球最终会把我们带上月球”。
半个世纪后,波斯特的寓言一语成谶。诚然,托卡马克大装置书写过并在继续刷新着辉煌记录,人类通过其获得的等离子体物理学知识及工程成果,也已极大助力了高端半导体装备、电磁弹射系统、核磁共振(MRI)等创新,但不可否认的是,大装置距离无限能源的“登月”承诺依然遥远。
(源自核聚变研究的医用超导磁体)
随着Scaling Law信仰松动,长期被遮蔽在旗舰项目“树冠”下的其他技术思路,也开始获得更多“阳光雨露”,当下的美国民营核聚变产业,正是观察这一多元化趋势的极佳剖面。
如果将美国能源部聚变示范基金资助企业名单连同“剑走偏锋”(反场位形FRC)的Helion Energy、TAE Technologies,共同视为美国核聚变产业“突击队”,那么通过简要梳理不难发现,托卡马克技术路线已成为其中的少数派,并且其实施方法也明显区别于ITER,而是与上世纪八十年代昙花一现的Inesco公司相呼应,聚焦于紧凑型托卡马克装置的开发。
以目前融资最多、风头最盛的Commonwealth Fusion System(CFS)为例,其技术验证堆SPARC和商用堆ARC,直径分别只有ITER的四分之一和一半大小,但通过新型高温超导磁体的应用,ARC的能量增益因子据称将超越ITER,且大幅轻量化的超导磁体也将显著降低维护难度,提高电站可用性。根据规划进度,SPARC预计将于2025年末完成组装调试,而ARC预计将在2030年代初期实现并网发电。
在技术路线多点开花的同时,对高温等离子体的控制也涌现出重大创新。
长期以来,磁约束等离子体犹如用橡皮筋捆扎果冻,这样的操作往往依赖于实践knowhow而非理论knowwhy,而有限经验或者说“手艺”,相当程度上保存在为大装置服务的精英科学家圈子内,初创企业几乎不可能与之相提并论。
不过2022年2月,谷歌DeepMind团队在《自然》杂志发表了通过深度强化学习(RL)调控托卡马克装置等离子体的成果,就此开辟了一条全新路径,人们突然顿悟,神经网络“黑盒”与瞬息万变的等离子体或许正是天作之合,如一位美国学者所展望的:“很有可能一些涉及大振幅湍流的不透明过程将始终存在,我们可能永远不知道为什么它能像那样工作,也就是说,它可能就像人类对火的使用”。
总体而言,自2021年末CFS拿下18亿美元巨额融资以来,全球核聚变研究与产业化,已经进入到一个更生动又热闹的新阶段,赛马场上不再只有大型托卡马克在孤独奔跑。高温超导磁体、深度学习等软硬件技术支撑下,多元探索正在揭示核聚变研究新的可能性。
当然,回顾这场如火如荼的热潮,人们也不该遗忘保罗·艾伦、比尔·盖茨这些硅谷“老男孩”的贡献,他们的“钞能力”无疑大大加速了人力资源与专有知识的重新配置,否则按照从原子能委员会(AEC)以降的传统,美国聚变研究恐怕还将长期处于学术机构“自娱自乐”的状态。
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本文仅代表作者个人观点。
- 责任编辑: 李沛 
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