作者:宗华 来源:科学网 www.sciencenet.cn 发布时间:2016/9/14 11:41:15
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伊朗有望加入ITER 核聚变研究走向繁荣

 

位于伊斯兰阿萨德大学的托卡马克将成为ITER的测试台。

图片来源:FARHAD BABAEI

对于伊朗科学来说,达马万德托卡马克不太可能是希望的象征。这个以伊朗最高峰命名的托卡马克,看上去像一台镶满了金属藤壶的年代久远的球形潜水装置。它还拥有“古老”的传统:1994年,伊朗从俄罗斯购买了这台把等离子体困在极强磁场中并将其加热的机器;其环形外壳也是过时的苏联式。只有像藤壶一样的装饰物(由伊朗建造,用于探查并形成等离子体),才显得较新一些。

十多年来,由于伊朗的“核贱民”地位,位于德黑兰北部的伊朗原子能组织(AEOI)核聚变部门的110位科学家独自利用日渐老化的托卡马克和其他设备开展着试验,断绝了同全球核聚变研究界的任何往来。不过,他们的孤立状态即将结束。2017年年初,伊朗有望加入全球最昂贵的物理学试验——ITER。ITER是一个庞大的托卡马克,选址法国南部卡达拉舍附近,目前正处于建设中。达马万德托卡马克将成为被用作ITER试验台的全球小型托卡马克群的一员,而ITER的目标是在10年或20年内,以上百亿美元的开支实现首次可控和可自我维持的核聚变反应。

ITER总干事Bernard Bigot计划最早在10月初带领代表团,就与伊朗的合作开启正式对话。而伊朗科技界官员希望,这种合作关系将推动该国核聚变项目的发展,并让该国专家接触到科研领域的国际规则。负责科技事务的伊朗副总统Sorena Sattari表示,同ITER的合作“将解决很多阻碍伊朗创建知识经济的文化问题”。今年7月,Sattari和AEOI主席Ali Akbar Salehi前往卡达拉舍,就伊朗对ITER的潜在贡献展开非正式讨论。

两次大发展

伊朗对核聚变的追求开始于近半个世纪前。上世纪60年代,当时还是一名年轻的等离子体物理学家的Masud Naraghi在纽约为美国宇航局一家承包商工作,致力于宇宙飞船再返回技术研究。1965年,他和其他侨民在纽约华尔道夫酒店接受了伊朗末代国王Mohammad Reza Pahlavi的会见。“他问我,‘为何不回到伊朗帮助你的国家?’”Naraghi说,“这真的影响了我。我很想家。”如今已是拓尔国际公司总裁的Naraghi回到伊朗,并且成为雅里安·迈赫尔大学(后被重新命名为谢里夫理工大学)的一名教员。

Pahlavi意图在伊朗发展核能。1967年,遵循“原子能为和平服务”的要求,该国从美国购买了一座研究用裂变反应堆。当时,关于核聚变能的研究仍处在初始阶段,而Naraghi发现了伊朗获得有利地位的机会。1971年,他创建了一个等离子体研究小组,并在4年后见证了伊朗首个托卡马克在AEOI新成立的德黑兰核研究中心建成。不过,在上世纪80年代的两伊战争期间,伊朗科学陷入低迷。1989年,Naraghi移居美国。

对于伊朗核聚变研究来说,第二次大发展得益于厄尔布尔士山山脚下的一所私立大学。1993年,等离子体物理学家Mahmood Ghoranneviss来到这所处于不毛之地的学校。他回忆说,当时“那里没有路,只有田地”。在伊斯兰阿萨德大学(IAU),Ghoranneviss创建了自己的等离子体物理中心。

他有一个强大的盟友:IAU 的创办人、当时的伊朗总统Akbar Hashemi Rafsanjani。Ghoranneviss说,Rafsanjani“深知核聚变对这个国家的未来有多重要”。作为诱惑Ghoranneviss从AEOI来到IAU的好处,该校从国外购买了一台使用过的小型托卡马克。不过,起初为等离子体物理中心配备人员时非常艰难。“人们不知道等离子体是什么。他们以为,我正在讨论血液。”Ghoranneviss介绍说,他一步步地招募学生并组建了一个开始利用托卡马克探查等离子体不稳定性的团队。

寻找可替代方案

10年后,针对伊朗核项目的制裁到来并逐步恶化,疑云也开始笼罩在同该国核科学家有过合作的人头上。麻省理工学院伊朗核项目专家R. Scott Kemp表示,磁约束核聚变“同核武器没有任何关系”。不过,Ghoranneviss还是担心,他的中心也会遭到怀疑。为此,他联系了位于奥地利维也纳的国际原子能机构(IAEA)。“我解释说,‘我不是政府人员,我所在的学校是私立的。请帮助我。’”Ghoranneviss说。IAEA为他提供了援助:2006年,该机构让Ghoranneviss加入核聚变协作研究项目。这使得Ghoranneviss同其他国家的研究人员建立了联系。

通过IAEA项目,Ghoranneviss遇到了澳大利亚新南威尔士大学理论物理学家Heinrich Hora。对于牵扯进这个受到制裁的国家,Hora颇为紧张。“我非常谨慎。”他说。不过,Hora和Ghoranneviss对于寻找可替代托卡马克的大胆方案有着共同的热情。

像ITER一样的托卡马克燃烧的是氘和氚。两者是氢的同位素,熔化时会喷射出高能中子以及强烈的辐射。Hora和合作者设想将磁约束和强大的激光脉冲结合起来,以点燃一种不同的燃料:不会在核聚变期间产生破坏性中子的氢和硼-11。和伊利诺伊大学香槟分校核物理学家George Miley一道,他们于2010年在《能源与环境科学》杂志上阐述了该方法的理论基础。这篇文章引发广泛关注。Hora表示,由Ghoranneviss的学生Babak Malekynia开展的运算“起到了至关重要的作用”。

此后,同美国核聚变项目的第二次合作很快到来。2012年4月,“美国之音”在其波斯语电台上做了关于“核聚变为和平服务”提议的报道。在这份提议中,新泽西州劳伦斯维尔等离子体物理公司(LPP)总裁Eric Lerner和两名同事提出,美国和伊朗政府应通力合作。Ghoranneviss同Lerner取得了联系。1个月后,两人同意利用IAU和LPP均使用过的一类紧凑型核聚变机器开展研究,并联合发表论文。这是一种等离子体聚焦装置,依靠电流诱导的磁场而非像托卡马克一样的外部磁体困住微小的等离子体。2012和2014年,IAU派出资深核聚变专家Hamid Yousefi到LPP任职。

梦想成真

如今,Ghoranneviss正在开始一项更加宏大的合作。今年2月,Sattari任命他为ITER伊朗首席代表。

一些伊朗官员认为,以谅解备忘录中描述的适度合作关系作为开端,该国设定的目标过低。Ghoranneviss表示,作为仍然拥有影响力的政治人物,Rafsanjani在今年年初曾建议伊朗成为ITER正式成员,受到和中国、欧盟、印度、日本、俄罗斯、韩国、美国同等对待。“他热爱核聚变事业。”Ghoranneviss表示,“他说,‘不要担心钱的问题。’”

不过,Salehi认为,成为正式成员还为时过早。加入ITER给伊朗带来的开支——据他估测每年约为1.2亿美元——令人生畏。更重要的是,该国并未作好准备。“我们将成为软弱的正式成员。我们仍需要加强自身能力的建设,无论是在培训研究人员,还是升级伊朗日渐老化的托卡马卡方面。”

对于Ghoranneviss来说,加入ITER终于让他梦想成真。不过,领导伊朗帮助捕获太阳能量来源的责任压到了他的肩上。“我经常夜不能寐。我的麻烦在不断增加。”Ghoranneviss说。不过,在几十年的艰辛过后,它们是受到欢迎的麻烦。

 

 
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