美国物理学家围绕建造聚变电厂的计划集会

美国的聚变科学家以在领域预算有限的情况下资助哪些项目而臭名昭著，并已围绕一个大胆的目标达成共识。上周提交给联邦聚变能源科学咨询委员会的10年计划是自社区在2014年试图制定这样的路线图以来第一次，但失败了。它呼吁美国核聚变研究的主要赞助者能源部（DOE）准备在2040年代建造一座原型发电厂，该发电厂将利用为太阳供能的核能工艺生产无碳电力。

该计划将2年前由美国国家科学院，工程学和医学研究院提出的目标正式化，并纳入了长达15个月的融合社区规划过程的3月报告中。与美国能源部科学办公室的官员所支持的基础研究相比，这也代表着微妙而关键的转变。 “社区迫切希望在可能影响气候变化的时间范围内推进聚变，”加州大学洛杉矶分校的聚变物理学家特洛伊·卡特（Troy Carter）说，他是规划委员会的主席。 “我们必须开始。”

核聚变科学家和能源部官员努力避免他们在上一次规划工作中遭受的那种崩溃。六年前，动荡的社区已经从削减预算中脱颖而出，这迫使美国能源部的融合能源科学（FES）计划关闭了三个主要实验之一。然后，FES的副总监决定自己编写计划，但投入有限。许多研究人员拒绝了路线图。

这次，DOE不想发生内f。麻省理工学院融合物理学家内森·霍华德（Nathan Howard）说：“我们毫不犹豫地被告知，你们要么排队，要么一无所获。” FES领导人首次让研究人员在一系列研讨会和会议上散布共识。霍华德和该过程的其他负责人使用匿名投票，甚至雇用了一名主持人来确保“会议室中最大声的声音”不会主导讨论。

密歇根大学安娜堡分校的等离子体物理学家Carolyn Kuranz说，该过程也很全面。 FES主要资助磁约束聚变的研究，其中将离子化的气体或等离子体压缩并加热，直到原子核融合并释放能量。但它也支持等离子体物理领域的较小工作，例如使用高功率激光来重现恒星中的等离子体。建立共识并没有忽略他们。 Kuranz说：“这是我们第一次纳入整个投资组合和整个社区。”

出现的计划并不要求在建造原型发电厂方面付出很大的努力。在接下来的十年中，全世界的聚变研究人员将全力以赴完成并运行ITER，这是法国南部正在建设的国际聚变反应堆。 ITER是一种称为托卡马克（tokamak）的巨大的甜甜圈形装置，旨在显示在2030年代后期，聚变产生的能量比加热和挤压等离子体的能量更多。

研究人员说，国际热核实验堆将教有关“燃烧血浆”的宝贵经验。但他们补充说，其超过200亿美元的成本对于实际的发电厂而言太高了。因此，在ITER之后，美国的聚变研究人员希望利用更先进的技术（例如整个托卡马克的超级计算机模拟，3D打印以及由高温超导体制成的电磁线圈）来建造一个更小，更便宜的发电厂。

新的融合路线图确定了技术差距和填补这些差距的近期设施（请参阅下面的部分清单）。麦迪逊威斯康星大学的融合物理学家斯蒂芬妮·迪姆（Stephanie Diem）说：“通过将[发电厂]确定为目标，可以在支持该任务的领域引发更多的研究。“例如，在聚变电厂中，大量的高能中子会使材料降解，因此该报告呼吁开发一种基于粒子加速器的中子源来测试新的中子源。

此类技术的发展为融合计划开辟了一个敏感的界限。长期以来，Fusion的调查人员一直抱怨，DOE科学办公室将其限制在基础研究领域。能源部FES副总监詹姆斯·范丹（James Van Dam）说，现在，能源部领导人更愿意接受一种实用的方法。 “对于融合的发展，开放性和兴趣越来越多。”

为了实现自己的雄心，核聚变科学家将需要国会提供更多资金。规划委员会考虑了三种方案：固定预算，每年增加2％和不受约束的预算。报告说，只有最慷慨的方案才能让能源部建造新设施。 FES的年度预算现在为6.71亿美元，包括ITER的2.47亿美元。

预算紧张可能会使新发现的共识紧张。等离子体物理学家想要几种新设施，例如一种模拟太阳风的设施。但是，如果没有资金的支持，他们甚至无法建立DOE已经表示想要的项目：极端条件升级的问题，这将改善SLAC国家加速器实验室的petawatt激光器以产生高能等离子体，因此他们可以用实验室的X射线激光探测。

爱荷华大学等离子理论家斯科特·巴尔德鲁德（Scott Baalrud）表示，无论事情如何发展，融合计划都表达了领导社区活动的年轻科学家的意愿。他说：“人们不只是从事研究可能死后很长一段时间内导致聚变反应堆的科学的研究，”他说。 “他们想走下去，改变世界。”