国际核聚变项目ITER目前正在法国南部建设。图片来源：Christophe Simon

本报讯 英国加入了建造全球第一座商用核聚变反应堆的竞赛。10月3日，该国政府宣布了一项2亿英镑（2.48亿美元）的投资。

尽管目前还没有一座核聚变设施能够产生超过其运行所需的能量，但各国政府已经在考虑如何建造一座商用反应堆。其中，英国方案的设计和时间表都是最具雄心的。

“这钱是否足够，我不知道，但这是一大笔钱。”Tim Luce说，他是世界最大核聚变实验ITER的首席科学家，该实验得到了各国的支持。Luce表示，如果这笔资金继续用于制造最终设备的关键部件原型，那应该会给英国带来“一个良好的开端”。

在未来的4年里，牛津附近的Culham核聚变能源中心的科学家将为球形托卡马克能源生产（STEP）做出详细的设计，后者是一个能够产生数百兆瓦净电能的工厂，最早在本世纪40年代初建成并投入使用。如果决定继续建造该设施，费用将高达数十亿英镑。

管理Culham核聚变能源中心的英国原子能管理局（UKAEA）的STEP项目主管Howard Wilson表示，“这是一个雄心勃勃、充满冒险精神的项目，但我认为核聚变项目必须如此。”

氢原子与氦的核聚变过程为太阳提供能量，这预示着清洁能源的无限供应。但是，迄今为止，还没有任何设施能够产生比所需更多的能量。位于法国南部的国际ITER实验计划在2035年实现这一目标。STEP项目的目标则更进一步——建立一个能够利用核聚变发电的工厂。只有ITER成功了，科学家才能知道像STEP这样的商业工厂原型是否真的可行。

和ITER一样，英国计划中的设施将基于“托卡马克”式的设计，利用磁场来限制氢、氚和氘等重同位素的等离子体，这些重同位素在极端高温和高压下发生聚变。但是，鉴于ITER的托卡马克是甜甜圈形状的，STEP将使用一种自20世纪90年代以来在英国试验的方法——将过热的气体保持在一个更紧凑的苹果核形状中。

科学家希望这个直径约10米的小型设施将被证明更便宜。但其体积的缩小也会带来一些问题，比如如何在更小的表面积上控制等离子体的极端热量。

美国剑桥麻省理工学院等离子体物理学家Anne White说，建造一个更紧凑的托卡马克是一个有风险的选择。物理学家相信ITER的托卡马克将按计划工作，因为它的设计已经被广泛研究过。但White表示，对于球形托卡马克来说，还有许多未知因素。“这意味着风险更大，但另一方面，这也可能意味着有更多东西需要发现，或者有更多东西需要优化。”

英国只是众多计划建造商用反应堆的国家之一。欧洲版的ITER实验反应堆DEMO计划在本世纪50年代投入使用。世界各地的许多公司也希望实现更紧凑的设计。

STEP的资金来源于去年10月时任首相特蕾莎·梅政府宣布提供的2000万英镑，该政府为第一年的设计提供了资金。Culham中心首席执行官兼UKAEA主管Ian Chapman表示，2024年后，该设施的后续开发阶段将涉及公共和私人投资。

英国未来在ITER中扮演的角色仍不确定，因为它的成员身份来自欧洲原子能共同体，而英国政府计划在该国退出欧盟时退出该共同体。30多年来，Culham中心一直主持着由欧盟资助的欧洲联合环形加速器项目，该项目为ITER测试燃料技术。

Luce说，尽管政府说它希望找到一种方法保持其在ITER中的存在，但STEP的投资有助于确保英国在核聚变方面的长期专业知识不会过时。他补充道：“为了从ITER的投资中获得回报，各国需要国内的专业知识和一条前进的道路。”

然而，Chapman坚持认为，STEP计划并不意味着英国试图单干。他说，ITER的7个合作伙伴——中国、欧盟、印度、日本、韩国、俄罗斯和美国都在致力于设计商用反应堆、建立供应链和发展国内专业技术，以推进下一阶段的核聚变发展。“我们不应该把STEP视为拒绝国际合作的迹象。”（赵熙熙）