撰文 埃裏克•漢德(Eric Hand)

　　翻譯 劉榮

　　或許在今年，美國國家點火裝置(National Ignition Facility，NIF)將變得名副其實。這個(ge) 耗資35億(yi) 美元的裝置坐落在美國加利福尼亞(ya) 州的勞倫(lun) 斯利弗莫爾國家實驗室內(nei) ，能產(chan) 生世界上最大的激光束，用來爆聚(implode，從(cong) 內(nei) 部引爆)一個(ge) 氫同位素標靶，觸發核聚變，產(chan) 生的能量將比輸入的多得多。NIF的管理人員認為(wei) ，為(wei) 了達至臨(lin) 界點或者說“點燃反應堆”， 他們(men) 進行了兩(liang) 年的工作，現在可以說是勝利在望。項目主管艾德•摩西(Ed Moses)表示：“我們(men) 完全有能力在2012財政年度內(nei) 取得成功。”

美國國家點火裝置的工程師正在檢查核聚變反應爐。

　　然而，這種方式仍然屬於(yu) 慣性約束核聚變(inertial confinement fusion)，就算整個(ge) 項目取得成功，也麵臨(lin) 著不確定的未來。實驗成功是否就意味著，美國能源部會(hui) 把它開發成一種經濟可行的能源呢？如果是的話，那麽(me) NIF激光觸發核聚變的方法是否是最佳方案呢？3月7日，美國國家科學院專(zhuan) 家小組提交的一份中期報告總結道，現在下結論還言之過早。報告還建議核聚變科學家繼續尋找引燃核燃料的替代性技術。

　　美國新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室的等離子物理學家格倫(lun) •烏(wu) 爾登(Glen Wurden)同意報告的觀點，並認為(wei) 研究慣性約束核聚變的科學家不應該把寶全壓在激光觸發法上。他認為(wei) ：“可控核聚變技術完全不成熟。”他指出，另一種核聚變方式——磁約束核聚變(magnetic confinement fusion)以及這種方式的標誌性項目、耗資210億(yi) 美元的國際熱核聚變實驗堆(ITER)也遇到了很多困難，以至於(yu) 研究停滯不前。ITER進展遲緩，研究費用不斷膨脹，都歸咎於(yu) 一項不成熟的技術，即托卡馬克裝置(tokamak，受控熱核反應裝置)，這是一個(ge) 麵包圈狀的籠子，裏麵的強力電磁鐵禁閉著一個(ge) 核聚變等離子體(ti) 。

　　盡管科學家最初信心百倍，計算機模型模擬也非常有利，NIF項目同樣沒能按預期進度前行。烏(wu) 爾登表示：“科學家以為(wei) ‘點燃’反應堆猶如探囊取物。”然而，NIF對氫同位素進行加溫加壓的過程麻煩不斷。在一個(ge) 叫做間接傳(chuan) 動(indirect drive)的過程中，多束激光束會(hui) 從(cong) 橡皮擦大小的“輻射空腔”(hohlraum，一個(ge) 金質圓筒)的兩(liang) 個(ge) 開口射入，使其內(nei) 部產(chan) 生X射線。之後，由X射線來加熱並擠壓輻射空腔內(nei) 的核燃料(氫同位素標靶)，觸發核聚變。然而，在輻射空腔內(nei) 部，激光與(yu) 等離子體(ti) 之間發生了意料之外的渦流交互作用，吸收了來自激光束的能量。這會(hui) 抵消很多能量，使NIF的激光能量輸出達不到點燃反應堆所必須的極限閾值。

　　不管怎樣，NIF的研究團隊已經進入了穩定的實驗階段。18個(ge) 月前，當科學家開始向點火目標推進時，該設施僅(jin) 完成了預想中點火必要條件的1%。現在，完成度已經到達10%，而且進程正在加快：僅(jin) 今年1月就有創紀錄的57次轟擊。研究團隊同時也在探索一係列調整方案，包括用鈹或金剛石替代塑料來包裹核燃料，以及改變輻射空腔的材質或形狀。摩西表示，他們(men) 還可能把NIF的極限能量從(cong) 1.8兆焦(隻有達到這個(ge) 能量級別，才能做到“收支平衡”)提升到2.2兆焦。

　　但如同美國國家科學院的報告所指出的，其他方法可能會(hui) 提供一個(ge) 更簡單的途徑來點燃反應堆，最終成為(wei) 一個(ge) 有實用價(jia) 值的電廠。那麽(me) 誰在為(wei) 這些研發付錢呢？美國及世界範圍內(nei) 大多數慣性約束反應堆的研究，都是由涉及國家安全和武器研發的聯合企業(ye) 所資助的，它們(men) 研究核聚變是為(wei) 了武器開發，而不是用於(yu) 民用電廠。現在，激光慣性約束核聚變研究受美國能源部下屬的國家核安全局(NNSA)監管，NNSA的主要職責是負責管理核儲(chu) 備。

　　而在能源部的科學辦公室，幾乎沒有資金劃撥給慣性約束核聚變的研究。大多數資金都用在支持磁約束核聚變上，而且越來越多的資金給了ITER項目。馬裏蘭(lan) 州蓋瑟斯堡的美國聚變能協會(hui) (Fusion Power Associates)是一個(ge) 核能倡導團體(ti) ，負責人斯蒂芬•迪恩(Stephen Dean)認為(wei) ，就算專(zhuan) 家小組的最終報告認為(wei) ，慣性約束核聚變能源項目可行，這項研究還是很難在科學辦公室找到一席之地。迪恩表示：“我想，能源部會(hui) 直接無視它，明顯他們(men) 隻對ITER情有獨鍾，而且正瘋狂地想要拯救這個(ge) 項目。”

　　如果NIF的科學家能在2013拿到他們(men) 所需的4.6億(yi) 美元經費，他們(men) 就能探索其他方案。比如，美國羅切斯特大學的等離子物理學家團隊打算調整NIF的激光，這樣他們(men) 就能不使用輻射空腔，而直接爆聚一個(ge) 氫同位素標靶。

　　但NIF的科學家並沒有坐等替代方法的出現。早在點火裝置之前，他們(men) 就積極準備著下一個(ge) 項目，一個(ge) 叫做激光慣性聚變能(Laser Inertial Fusion Energy，LIFE)的示範電站。民用電廠要經濟實用，生產(chan) 的能量必須比每次轟擊標靶所輸入的能量多50倍以上，而且必須提高重複使用效率，從(cong) 一天數次轟擊變為(wei) 每秒15次，但這絕非易事。

　　事實上，這個(ge) 多孔狀的NIF設施就是LIFE的反應室的放大模型，而LIFE的反應室是模塊化的，這種模塊小到足以裝進卡車。NIF的設計使用的是上千隻巨大的頻閃燈管來為(wei) 玻璃激光器充能，LIFE則將使用小巧的、晶體(ti) 管充能發光體(ti) 。摩西反駁了激光作為(wei) 未來的核聚變電廠的驅動力還言之尚早的說法。他認為(wei) ，通過對用於(yu) 民用電子產(chan) 品上的激光和晶體(ti) 管的投資，市場和公眾(zhong) 已經做出了選擇。如果回顧一下過去，那麽(me) “人們(men) 會(hui) 發現，晶體(ti) 管和激光是具有劃時代意義(yi) 的發明”。

　　LIFE的項目主管麥克•杜恩(Mike Dunne)認為(wei) ，他們(men) 的電廠單個(ge) 造價(jia) 大概40億(yi) 美元，可在本世紀20年代初為(wei) 電網提供數億(yi) 瓦特的電能，要比科學家預計的、第一座磁約束核聚變電廠的出現時間至少早10年。回憶起幾年前在一個(ge) 學術會(hui) 議上，向磁約束核聚變的研究者介紹LIFE項目的理念時，摩斯說道：“他們(men) 反應相當激烈地說，‘這不可能’。他們(men) 當時就被這個(ge) 項目的雄心壯誌所震撼，如今他們(men) 仍會(hui) 感到震撼。”