[科普中国]-设计瑕疵：普林斯顿核聚变反应堆被迫关闭

美国核聚变研究者在接下来一年将没那么好过。该国核聚变反应堆旗舰项目出现故障，而这距离为期4年耗资9400万的升级工作完成仅仅不到一年。目前，普林斯顿等离子物理实验室（PPPL）行政人员正在调查造成反应堆失灵的一个关键部件是否存在制造问题。 PPPL官方表示，这台设备将被关闭约一年。而让事态更加严峻的是，由美国能源部（DOE）资助建设的另外两个反应堆，其中之一按计划于9月30日关闭。麻省理工学院的AlcatorC-Mod在工作了20多年正式下线后，位于圣地亚哥的反应堆成为了美国仅剩的核聚变实验堆。 “这对所有人而言都是挑战。”Alcator C-Mod 负责人EarlMarmar说，“我们虽说并非完全没有反应堆，但这远远满足不了来年的需求。” 这台国家反场箍缩磁约束聚变实验装置（NSTX）于1999年首次投入使用，并在2012年开始进入升级。与其他“托卡马克”反应堆一样，这台球形机器也使用磁场约束氢等离子体。然后，等离子体被加热，直到原子熔聚并释放出能量。在升级工作中，科学家为它安装了双倍强度的磁场以及第二个中性原子注入口，可将等离子的温度加热到摄氏1500万度。升级之后这台装置更名为NSTX-U。 9月27日PPPL主管StewartPrager突然辞职，NSTX-U故障的消息才被曝光。官员称，这台实验堆升级后，从2015年12月低功率启动至今年7月关闭期间，只正常产生了10周高质量数据，其中的一个产生电磁力的线圈就出了问题。 不过，Prager表示，自己在线圈故障前就已经考虑辞去主任职务。在此工作了8年的Prager离开后，新领导层将负责进一步调查工作，并修复设备。“这在某种程度上是正常的交接棒。” 最初，PPPL官方拒绝推测该线圈故障原因，并表示调查正在进行中。但之后，该实验室向《自然》杂志证实，可能是线圈升级时遇到了问题。据透露，新线圈所用的铜的劲力出了问题，正是制造过程中的这个失误导致反应堆在工作过程中发生线圈熔毁。 马里兰州倡议团体 核聚变能联合会主席Stephen Dean指出，NSTX-U升级时出现的问题显示，更仔细的分析工作将能避免反应堆故障。“虽然错误有时会发生，但随着核聚变项目经验积累，如此错误不应该这样出现。” 但NSTX-U项目总监JonathanMenard表示，这个熔毁的线圈附和实验室标准，不过目前尚不清楚该部件的设计或生产过程是否存在问题。而反应堆中的另一个设计和制作工艺类似的相同等级铜线圈工作良好。尽管如此，该实验室也计划更换该线圈。 一位不愿透露姓名的PPPL前研究人员表示，新线圈所用的铜可能过硬，无法弯曲到规定的形状。当线路充满能量加热线圈时，即便微小失误也能引发大问题。 Menard表示，线圈故障后，X射线分析发现可能起因于内部熔化的结构异常现象。PPPL科学家计划打开线圈展开进一步调查。“我们在等待调查结果，以便发布更明确的声明。”他说。 PPPL官方目前无法确定修复反应堆将花费多少，但表示将需要一年才能重开NSTX-U。由于该反应堆按原计划将在2016年年底暂停使用，以便进行为期6个月的维护，因此研究时间净损失可能约有半年。 而该次故障的影响将远远超出普林斯顿实验室。Marmar曾计划在麻省理工反应堆关闭后，将人员转移到NSTX-U。目前，麻省理工研究人员将帮助PPPL重启反应堆，并努力推进该实验室按原计划与其他核聚变反应堆进行合作。 据报道，DOE早在数年前就决定关闭AlcatorC-Mod，但将继续维持普林斯顿和圣地亚哥的设备。2014年，美国国会曾推翻该决定，但2016年政府预算仍计划关闭该反应堆。 DOE表示，因为有广泛的国际合作，美国核聚变研究项目仍基础坚实，一旦NSTX-U恢复使用，该领域将继续全速前进。但也有人担忧仅剩一个反应堆如何满足研究人员需求？ 对此，Dean认为，该部门应当让AlcatorC-Mod继续运转一年，直到NSTX-U修好。“只有一台设备对科学家而言不是好消息。”他说。 如果DOE改变主意，Marmar正时刻准备着重启AlcatorC-Mod。“如果有需要，该反应堆将能重启，以支持美国和国际核聚变研究。”(科学网 )