手中的骑士,天体物理学家准备领导美国融合实验室

手中的骑士,天体物理学家准备领导美国融合实验室

史蒂文考利

普林斯顿等离子物理实验室
手中的骑士,天体物理学家准备领导美国融合实验室

英国天体物理学家史蒂文考利(Steven Cowley)曾在英国的Culham融合能源中心(CCFE)担任领导,这已经有好几个星期了。 上个月,他被任命为美国首屈一指的聚变研究实验室新泽西州普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)的新主任。 然后,上周他英国女王伊丽莎白二世 ,“为科学和核聚变的发展提供服务”。

考利或史蒂文爵士现在是英国牛津大学科珀斯克里斯蒂学院的校长。 他将于7月1日接替他的PPPL角色。 他在融合研究方面有着悠久的历史,从2008年到2016年担任CCFE的负责人,1987年至1993年担任PPPL的科学家.PPPL是能源部(DOE)资助的国家实验室,拥有更多的员工。 500以上,年度预算1亿美元。 但是在2016年,当它的主要设施 - 国家球形环面试验(NSTX)在升级了9400万美元后不久发生了一系列失效故障时,该实验室受到了冲击。 PPPL当时的导演Stewart Prager 。 美国能源部正在考虑NSTX的恢复计划,该计划预计耗资数千万美元。

在考利在CCFE任职期间,该实验室也开始将其竞争对手升级为NSTX,即Mega Amp Spherical Tokamak(MAST)。 球形托卡马克是传统圆环形托卡马克设计的变体,其最终表现形式是法国的巨型ITER设备,目前正在建设中。 计划是让ITER展示燃烧的等离子体,其中融合反应本身产生维持燃烧所需的全部或大部分热量。 但一旦完成,研究人员希望球形托卡马克或其他一些变体将为商业反应堆提供一条比ITER更小,更简单,更便宜的途径。 通过升级NSTX和MAST,实验室希望表明这种紧凑型反应堆可以达到与CCFE的欧洲联合圆环(JET)相同的性能,JET是目前世界上最大的托卡马克,也是融合性能的记录保持者。

“我们必须降低聚变反应堆的成本和规模,”Cowley在5月16日宣布他的PPPL任命后不久告诉Science Insider。 “我完全支持ITER,因为我们必须做一个燃烧的等离子体。 但商业反应堆需要更小,更便宜。 JET大小的机器将更具吸引力。 MAST和NSTX将成为一个充满活力的团队。“

尽管科珀斯克里斯蒂校园里的食物很好,酒窖也很丰富,考利说他渴望回到实验室生活的切入点。 “这太有趣了。 我真的觉得我错过了关于物理学的日常讨论以及正在发生的事情。 我是一个融合的坚果。 我们将在其中一天破解它,我希望成为它的一部分,“他说。 他补充说,PPPL将成为这项努力的核心。 “普林斯顿大学是我们现在知道的很多东西的地方。 它是等离子体物理学的传奇实验室。 去和这些人一起工作会很有趣。“

他的第一份工作将是让NSTX重回正轨。 “我相信我们可以解决这个问题。 他们已经了解了故障是如何产生的,并且他们已经理解了如何解决它们。 如果资金到位,我们将把NSTX重新上线,“他说。

考利表示,球形托卡马克和其他变体的关键目标是减少湍流传输,这一过程允许旋转等离子体将热量从设备的核心传递到可以逃逸的边缘。 如果设计人员能够更有效地弄清楚如何保持热量,那么反应堆就不需要那么大。 球形托卡马克通过寻求将等离子体保持在靠近中心柱的装置中心来实现这一点。

解决热问题的另一种方法是通过使用超导磁体来提高设备的磁场强度,剑桥采用这种 。 “这可以推动规模下降,”考利说,“但高压领域本身还不够。 如果中断[突然失去监禁],那对机器来说可能是非常具有破坏性的。

Cowley认为未来的机器可能会从多种类型的反应堆中采集元件 - 包括仿星器,这种反应堆类型具有类似于托卡马克的圆环形状,但是具有奇怪的扭曲磁体,可以限制等离子体,而不需要环路周围的电流流动托卡马克依靠。 “有很多漂亮的想法来自仿星者社区,”他说。 他说,Wendelstein 7-X 一个 ,一直是主要的驱动因素。

考利说,在过去的几十年里,发生了巨大变化的是“计算正在发生的事情的能力”。 理论和计算能力的进步意味着“我们拥有所有这些新想法,并且可以探索硅中的空间。 他说,这个领域更多地受到科学的驱动,而不是直觉。 “这是一场革命。”

与此同时,尽管有许多 ,但ITER的建设仍然存在。 考利承认自以来情况有所改善。 “Bigot是一位非常优秀的领导者。 他稳住了这艘船; 他做出决定,“考利说。 “他们有他们的团队。 找到合适的人群需要时间。“建立ITER”是一件非常艰难的事情。 [托卡马克]的集会将非常具有挑战性,很难按计划进行。 但是当它完成它将是一个技术奇迹。“

但也许进步的最大障碍是资金短缺,多年来美国一直停滞不前。 美国总统唐纳德特朗普已经在美国能源部的融合研究项目中申请了3.4亿美元,该项目于10月1日开始,比目前的水平减少了36%,但国会不太可能批准减产。 考利说:“真正的希望[2019年的预算]将会上升,但它并没有为这个领域注入活力。” “如果我们能够让NSTX产生惊人的物理效果 - 与JET的表现相提并论 - 我们将用科学激励社区。”