歐洲負責核聚變研究的機構(gòu)日前發(fā)布了旨在于2050年之前將ITER改造成產(chǎn)業(yè)化核聚變工廠的路線圖。盡管6年后ITER運行將被認為是核聚變能源的一項重大突破，歐洲核聚變發(fā)展協(xié)議（EFDA）發(fā)布的路線圖，仍然面臨很多重大的科技難題，需要核聚變科學家和工程師在未來幾十年里去努力攻克。

核聚變反應堆通過熔凝氫的同位素來生產(chǎn)能量――太陽和其他恒星的能量也由此產(chǎn)生。要做到這點必須通過強力的磁鐵、無線電波以及粒子光束來壓縮加熱一種等離子聚變?nèi)剂?，使其達到最少1.5億度的驚人溫度。但是，要想將等離子燃料加熱到聚變所需的溫度需要耗費太多的能量，以至于目前沒有一座反應堆能夠滿足條件從而生產(chǎn)出凈能量。

為克服上述弊端，ITER被寄予厚望。只需50兆瓦的輸入功率，它可以在幾分鐘內(nèi)產(chǎn)生500兆瓦的輸出功率。不過這僅僅是科學的演示，因為ITER不會用于發(fā)電，這個工作將交給它的繼任者DEMO。盡管核聚變研究者剛剛開始構(gòu)思如何設(shè)計DEMO，但是越來越確定的是它不會像ITER一樣進行全球合作――后者的成員包括中國、歐盟、印度、日本、俄羅斯、韓國和美國。

韓國近日宣稱已經(jīng)開始著手為下一代的反應堆K-DEMO進行初步設(shè)計。中國早已開始設(shè)計ITER到DEMO的過渡型――中國聚變工程試驗堆?，F(xiàn)在EFDA也開始籌劃自己的DEMO。該組織并未排除國際合作的可能性，但是已設(shè)計好的路線圖表明：任何研究必須符合歐盟2014至2020年核聚變預算的相關(guān)規(guī)定。

EFDA的路線圖認為ITER是發(fā)展聚變能量的關(guān)鍵。因此，必須采取一切措施以確保它的成功，包括利用現(xiàn)有的小型反應堆做實驗以研究多種ITER的運營方案。路線圖指出，未來最大的問題在于如何減少排熱量。ITER與其他類似的受控熱核反應裝置如托卡馬克裝置有著相同的結(jié)構(gòu)：在裝置底部裝有一個分流偏濾器用來將廢燃料排出等離子器。作為容器中唯一與等離子直接接觸的固體表面，該裝置必須能夠吸收足夠多的熱量。ITER的分流偏濾器以不銹鋼為材料并在外表涂有金屬鎢，但是這種分流偏濾器只能勝任低功率、最多運轉(zhuǎn)幾分鐘的試驗反應堆，而DEMO卻可以穩(wěn)定地產(chǎn)生數(shù)千兆瓦的功率，這大大超出現(xiàn)有分流偏濾器的熱負荷。

為防萬一，路線圖要求研究者必須設(shè)計替代方案，包括重新設(shè)計容器的外形――例如延伸與固體表面的接觸面，以減少熱負荷或者使等離子在接觸分流偏濾器之前就將大部分的熱量散發(fā)掉。EFDA要求：替代方案必須在現(xiàn)有的托卡馬克裝置或者專用的設(shè)備上進行測試。

另外一個亟須解決的難題是為DEMO的等離子容器的內(nèi)層結(jié)構(gòu)，以及其他與等離子接觸的部件選擇合適的材料。DEMO中聚變產(chǎn)生高能中子的反應及其撞擊非常劇烈。中子撞擊原子使其偏離原位置且具有放射性。研究的目的在于找到可承受持續(xù)數(shù)十年中子撞擊的材料，但是當前并沒有足夠強度的中子材料用于測試。作為ITER工程的附屬品，一款基于加速器的中子源正在開發(fā)之中，不過EFDA對中子材料早已急不可待了。

EFDA還要求對產(chǎn)氚包層，即等離子容器的器壁作更廣泛的研究。反應堆里的中子將鋰轉(zhuǎn)化為核聚變所需的一種燃料氚。包層的替代設(shè)計方案也必須跟進，以防現(xiàn)有方案不能通過測試。路線圖同時也呼吁相關(guān)產(chǎn)業(yè)對DEMO予以支持，因為一旦該計劃得以完成，產(chǎn)業(yè)將會接過聚變發(fā)展的接力棒，等離子理論和相關(guān)模型也將得到進一步發(fā)展。

作為最后的備選方案，路線圖鼓勵繼續(xù)對仿星器進行研究。20世紀60年代末，托卡馬克的出現(xiàn)使仿星器淡出了人們視線。德國Wendelstein7-X仿星器將于明年完成，該仿星器可以為今后的HELIAS能源生產(chǎn)版本提供模板。