對於美國核聚變研究人員來說，艱難的一年變得更加艱難。該國旗艦級的實驗性核聚變反應堆在完成耗資9400萬美元、歷時四年的升級後不到一年就發生了故障。現在，新澤西州普林斯頓等離子體物理實驗室（PPPL）的官員正在調查關鍵部件製造過程中遇到的問題是否導致了反應堆的故障。
實驗室官員表示，該機器可能停運長達一年。更糟糕的是，美國能源部（DOE）資助的另外兩個核聚變反應堆之一計劃於9月30日關閉。這使得美國科學家只有一個主要的設施可以進行核聚變實驗，即位於加利福尼亞州聖地亞哥的國防承包商通用原子公司。
“這對所有人來說絕對是一個挑戰，”馬薩諸塞州理工學院（MIT）的阿爾卡特C-Mod反應堆的負責人厄爾·馬爾馬說，該反應堆在運行了二十多年後即將關閉。“我們不會完全無法使用實驗設施，但對於未來一年來說，情況肯定沒有原來那麼好。”
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升級後的普林斯頓反應堆，稱為國家球形託卡馬克實驗升級（NSTX-U），其功率是其前身的兩倍。與其他“託卡馬克”反應堆（包括正在法國建設的國際ITER專案）一樣，這種球形機器使用磁場來約束氫等離子體。然後將等離子體加熱，直到原子融合並釋放能量。理論上，核聚變可以無限期地為世界提供動力——並且是清潔的。
普林斯頓機器的故障於9月27日曝光，此前PPPL主任斯圖爾特·普拉格辭職。實驗室官員表示，升級後的反應堆於2015年12月開始以低功率執行，併產生了10周的高質量資料。科學家們在7月份發現產生電磁阱的線圈之一齣現故障後將其關閉。
普拉格說，在反應堆線圈斷裂之前，他一直在考慮辭去主任職務。他選擇在八年後現在離職，以便新的領導層可以繼續調查並修復機器。“這有點像正常的交接，”他說。
尋找線索
PPPL官員最初拒絕猜測線圈故障的原因，稱正在進行調查。但該實驗室後來向《自然》雜誌證實，在製造該部件時，人們對故障線圈中銅的強度提出了質疑，並進行了調查。
馬里蘭州蓋瑟斯堡的倡導組織“核聚變電力協會”的主席斯蒂芬·迪恩表示，在託卡馬克升級過程中出現這些擔憂表明，更仔細的分析本可以防止反應堆故障。“有時確實會犯這樣的錯誤，但是鑑於核聚變專案的所有經驗，本不應該以這種方式發生。”
NSTX-U專案主管喬納森·梅納德表示，成品線圈符合實驗室的規格。他補充說，尚不清楚該部件的設計或製造過程是否導致了問題。反應堆中的另一個線圈，採用類似的設計，並用相同等級的銅製成，執行良好。儘管如此，實驗室還是計劃更換它。
一位不願透露姓名的普林斯頓實驗室前研究員表示，故障線圈中的銅可能比需要的強度更高。這使得將金屬彎曲成所需的形狀更加困難。即使製造中的微小缺陷也可能在能量流過反應堆並加熱線圈時引起問題。
梅納德說，線上圈發生故障後，X射線分析發現，當反應堆執行時，內部熔化可能導致了結構異常。PPPL的科學家計劃將線圈切開以進行進一步調查。“我們將不得不等待這些結果才能做出更明確的宣告，”他說。
不確定的未來
官員們不確定修復反應堆需要花費多少錢，但表示可能需要長達一年的時間才能使其重新上線。由於核聚變反應堆已計劃於2016年末停止執行六個月進行維護，因此淨研究時間損失可能約為六個月。
該故障的影響可能會超出普林斯頓實驗室。馬爾馬曾計劃在麻省理工學院的阿爾卡特反應堆關閉後將人員轉移到普林斯頓設施。現在，麻省理工學院的研究人員將幫助普林斯頓重新啟動其反應堆，並嘗試透過與通用原子公司的反應堆和在其他國家的設施的團隊合作來進行他們先前計劃的研究。
美國能源部幾年前決定關閉麻省理工學院的反應堆，但保留普林斯頓和聖地亞哥的設施。美國國會在2014年推翻了這一決定，但美國政府2016年的預算假設麻省理工學院的反應堆將關閉。
美國能源部表示，美國的核聚變研究計劃仍然處於穩固的基礎之上，擁有廣泛的國際合作夥伴關係，一旦普林斯頓的機器恢復執行，將恢復全面實力。其他人則擔心研究人員將如何應對只有一個主要的美國反應堆在執行的情況。
迪恩認為，該機構應該讓阿爾卡特C-Mod再執行一年，直到普林斯頓反應堆修復。“我們的科學家只有一個機器在執行，這不是一個好情況，”他說。
如果美國能源部改變主意，馬爾馬準備重新啟動麻省理工學院的反應堆。“C-Mod設施計劃進入安全關閉狀態，”他說，“但是如果需要，可以立即恢復執行，以支援美國和國際核聚變界。”
本文經許可轉載，並於2016年9月30日首次發表。