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青嵐:比比看,大洋兩岸誰能先摘取能源“圣杯”
正是基于這樣的認識,曾熱情推動托卡馬克大型化路線的赫希坦率承認:“在項目開發的早期,工程和商業可行性必須被整合和平衡,如果幾十年前在磁聚變研究中建立了這樣的平衡,可以肯定的是,托卡馬克方法會向不同的方向引導”。
至于ITER的管理問題,則很大程度上肇始于項目建設地點之爭。2005年5月,歐盟方面與日本達成協議,為換取后者退出選址競爭,歐盟不僅承諾了高比例的項目采購和資金補貼,還答應支持日本推薦的ITER總干事人選,并為日本預留相當比例的ITER行政人員編制,其后ITER項目實施階段最關鍵的十年里,前后兩任總干事均為日本人。
當遷就各方利益的管理架構和浸淫著“讀空氣”文化的日本管理者相遇,果然產生了奇妙的“化學反應”。松散的開放式科學項目管理風格大行其道,績效管理與問責壓力近乎于無,以至于2010年一次ITER評估會議中,美國代表團團長威廉·布林克曼忍無可忍地表示:“如果我能找到那個提出當前管理架構的人,我會親手掐死他”。(If I could get my hands on the person who proposed the current management structure, I would strangle him)
無論原因何在,落地進度一拖再拖的ITER,已然錯失了全球多邊合作的黃金窗口期,波詭云譎的地緣環境大變局里,這艘象征著人類合作精神的航船能否順利行駛到2039年,需要打上一個大大的問號,去年12月歐洲核子研究中心(CERN)叫停與俄羅斯科研合作,已經釋放出一個不詳的信號。
更重要的是,ITER所代表的Scaling Law信仰正受到越來越多、越來越大的沖擊,當下太平洋兩岸的核聚變創業潮,抑或看似突然的美國慣性約束聚變進展,都與托卡馬克大型化所代表的思路格格不入,新的核聚變技術潮流中,Scaling Law似乎已不再是必要的路標。
從氣球到月球
事實上,早在托卡馬克熱潮興起之初,已有學者對資源押注于同一條技術路線表達過憂思。畢生致力于創新聚變概念研究的理查德·波斯特,就曾通過一個“從氣球到月球”的寓言,警示了過早選定技術路線的風險:“這是關于一個原始文明決定登月的故事,他們發明了氣球,接下來的想法是,他們會制造越來越強大的氣球,顯然每個氣球都比上一個飛得更高,如果保持這種節奏,氣球最終會把我們帶上月球”。
半個世紀后,波斯特的寓言一語成讖。誠然,托卡馬克大裝置書寫過并在繼續刷新著輝煌記錄,人類通過其獲得的等離子體物理學知識及工程成果,也已極大助力了高端半導體裝備、電磁彈射系統、核磁共振(MRI)等創新,但不可否認的是,大裝置距離無限能源的“登月”承諾依然遙遠。
(源自核聚變研究的醫用超導磁體)
隨著Scaling Law信仰松動,長期被遮蔽在旗艦項目“樹冠”下的其他技術思路,也開始獲得更多“陽光雨露”,當下的美國民營核聚變產業,正是觀察這一多元化趨勢的極佳剖面。
如果將美國能源部聚變示范基金資助企業名單連同“劍走偏鋒”(反場位形FRC)的Helion Energy、TAE Technologies,共同視為美國核聚變產業“突擊隊”,那么通過簡要梳理不難發現,托卡馬克技術路線已成為其中的少數派,并且其實施方法也明顯區別于ITER,而是與上世紀八十年代曇花一現的Inesco公司相呼應,聚焦于緊湊型托卡馬克裝置的開發。
以目前融資最多、風頭最盛的Commonwealth Fusion System(CFS)為例,其技術驗證堆SPARC和商用堆ARC,直徑分別只有ITER的四分之一和一半大小,但通過新型高溫超導磁體的應用,ARC的能量增益因子據稱將超越ITER,且大幅輕量化的超導磁體也將顯著降低維護難度,提高電站可用性。根據規劃進度,SPARC預計將于2025年末完成組裝調試,而ARC預計將在2030年代初期實現并網發電。
在技術路線多點開花的同時,對高溫等離子體的控制也涌現出重大創新。
長期以來,磁約束等離子體猶如用橡皮筋捆扎果凍,這樣的操作往往依賴于實踐knowhow而非理論knowwhy,而有限經驗或者說“手藝”,相當程度上保存在為大裝置服務的精英科學家圈子內,初創企業幾乎不可能與之相提并論。
不過2022年2月,谷歌DeepMind團隊在《自然》雜志發表了通過深度強化學習(RL)調控托卡馬克裝置等離子體的成果,就此開辟了一條全新路徑,人們突然頓悟,神經網絡“黑盒”與瞬息萬變的等離子體或許正是天作之合,如一位美國學者所展望的:“很有可能一些涉及大振幅湍流的不透明過程將始終存在,我們可能永遠不知道為什么它能像那樣工作,也就是說,它可能就像人類對火的使用”。
總體而言,自2021年末CFS拿下18億美元巨額融資以來,全球核聚變研究與產業化,已經進入到一個更生動又熱鬧的新階段,賽馬場上不再只有大型托卡馬克在孤獨奔跑。高溫超導磁體、深度學習等軟硬件技術支撐下,多元探索正在揭示核聚變研究新的可能性。
當然,回顧這場如火如荼的熱潮,人們也不該遺忘保羅·艾倫、比爾·蓋茨這些硅谷“老男孩”的貢獻,他們的“鈔能力”無疑大大加速了人力資源與專有知識的重新配置,否則按照從原子能委員會(AEC)以降的傳統,美國聚變研究恐怕還將長期處于學術機構“自娛自樂”的狀態。
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本文僅代表作者個人觀點。
- 責任編輯: 李沛 
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