致查帕克先生、巴利巴尔先生,
特雷纳
2010年8月21日
让-皮埃尔·皮埃特
法国国家科学研究中心前研究员
等离子体物理专家(仍在职)
BP 55, 84122 Pertuis
普尔蒂斯,2010年8月21日
致:
乔治·查帕克先生,
诺贝尔物理学奖得主
(巴黎科学院)
雅克·特雷纳先生
(皮埃尔和玛丽·居里大学)
塞巴斯蒂安·巴利巴尔先生
(巴黎高等师范学院)
附件:
2007年瓦伦丁·斯米尔诺夫教授的信件
(莫斯科库尔恰托夫高温研究所核聚变研究所所长)
仍无收件人。
先生们,
我在新闻上看到你们对ITER项目的立场。
在三十年后,当项目失败变得显而易见时,这些人很容易退休并说“我们很抱歉,我们犯了错误”,把这个已经变成不可行的怪物的“婴儿”,在经历了一段痛苦而昂贵的孕育过程后,留给下一代。
确实,正如你们所指出的,这个项目的成本将变得如此之高,以至于它将占据未来二十年所有研究资金。
借用新闻中的一幅图像,为了使大众理解,一切都好像我们被承诺把太阳关在锅里,但没有这个锅,而把“这个小细节”推迟到以后,当能够证明能够产生比消耗更多能量的聚变可行性时,哪怕只是几分钟。
曾经指出这种“神奇锅”材料研究存在问题的人之一是已故的吉勒·德热纳,他对超导磁体能否长时间抵抗如此有害的中子通量表示极度怀疑。
JET在约一秒的时间内产生了聚变反应,这是事实。
它产生了15兆瓦的聚变能量,其比值Q = 产生的能量/注入的能量 = 0.65。
我们期望ITER能产生500兆瓦,且效率超过1(Q = 10),并持续六分钟。假设达到这个目标,在这六分钟内,如果没有任何解决方案来防止磁约束系统的快速且极其昂贵的退化,这种演示有什么意义呢?如果必须每周或每月更换一次超导磁体,这样的发电机如何具有经济性?
新闻提到了壁面及其问题。我们知道,壁面不仅受到聚变反应中释放的中子的轰击。同时还有对应于麦克斯韦-玻尔兹曼速度分布“尾部”的氢离子,这些离子在1亿度的等离子体中运动。聚变等离子体是碰撞的,这些碰撞倾向于在平均热速度周围形成高斯速度分布,两端分别有慢离子和快离子。这些快离子会穿过磁屏障并从壁面(“第一壁”)上剥离离子。这些离子会污染等离子体,并通过制动辐射(Bremsstrahlung)导致等离子体冷却,这种辐射的强度与离子电荷的平方成正比(如果第一壁是钨,这种效应会非常严重!)。这种由重离子引起的污染是不可避免的。
为了解决聚变等离子体的污染问题,计划在环形室底部明显可见的“沟槽”中进行,这被称为“偏滤器”技术。但这种系统从未在实际规模中进行过试验,也没有证据表明它会有效。又一个难题。
ITER的污染系统(“偏滤器”)
面对这一新生的争议,CEA的负责人伯纳德·比戈先生表示:
- 如果我们不进行ITER,到2070年,90亿人将如何获得能源来满足他们的需求?……如何在本世纪内为整个地球提供可持续的能源?……如果我们能够掌握物理,我们将找到能够抵抗1400万电子伏特中子通量的材料。……放弃是不理智的。障碍将被克服。
我看到你们建议,除了简单地停止ITER项目外,还应回到快中子增殖反应堆技术,如Superphénix,以及一般意义上的第四代核电站。快中子增殖反应堆技术是一种基于钚-239裂变的常规核能的变种。使用钠等冷却剂,允许快中子更容易通过,与水(加压)不同,水会阻止中子。通过中子轰击,将铀-238的贫化层转化为钚-239,其比率为1.25,这种反应堆“生产比消耗的钚更多”。
这种技术因其危险性而受到批评,最终被停止,但它并没有解决结构活化和大量废物生产的问题。
我遗憾地发现你们没有提到其他可能的选项之一,即无中子聚变(实际上由于次要反应,中子产生非常少,影响很小),其中最合适的混合物是硼-11和氢-1的组合,产生三个氦-4,……没有中子。
在达到一亿度点火温度之前(在英国的JET中),从氘氚混合物中提取聚变能量是不可能的。1991年英国JET机器的突破改变了局面(首次聚变反应)——1997年(聚变反应释放15兆瓦功率,获得Q = 0.64)。
在硼-氢反应的情况下,点火温度为十亿度。然而,正如2006年马尔科姆·海恩斯教授所报告的,2005年在桑迪亚的Z机器中,峰值温度达到了37亿度。Z机器由格雷戈里·约纳斯教授在70年代初设计,之后这些工作的领导权交给了迪尼教授。
磁流体不稳定的Z箍缩在超过2×10^9开尔文的温度下的离子粘滞加热
M. G. Haines, P. D. Le Pell, C. A. Coverdale, B. Jones, C. Deeney, and J. P. Apruzese
《物理评论快报》2006年2月24日
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我对这篇文章的分析
在2008年,Z机器(“翻新”后的Z机器,放电强度从1800万安培提高到2800万安培)很可能已经达到了非常高的温度。理论上,达到的温度与电流的平方成正比。因此,使用这种新设备,理论上可以达到数以十亿计的温度。但正如我从马岑和麦克基口中得知的,这两位项目负责人在立陶宛维尔纽斯的高功率脉冲大会上的报告中,只提到了该项目的技术方面……