聚變主流的roadmap大概是ITER->DEMO->PROTO。期間有幾十年的時間,一堆難題,任何一步沒走好,下一步就很難實作。但是要讓聚變走入死胡同還是沒那麽容易的。需要發現根本性的缺陷才有可能會。
以前有過比較火的聚變裝置因為被發現了根本性缺陷導致被學術界冷落的。
比如說球馬克(spheromak)。球馬克也是一種磁約束等離子體。它和托卡馬克的主要區別在於:球馬克是一種self-organized plasma,因此它不需要外部磁場,裝置可以設計的很緊湊。球馬克的電流驅動一般透過CHI(coaxial helicity injection)實作。
上個世紀80年代到21世紀初,球馬克的研究還是比較火的。全球各國也建了不少裝置,比如日本大學的z-theta spheromak,馬里蘭的PS,Los Alamos的CTX,普林斯頓的S1,東京大學的TS,LLNL的SSPX等等。
規模最大,最接近聚變狀態的球馬克是21世紀初LLNL的SSPX,三重積 n\tau_ET 最高紀錄有 \sim 10^{17} m^{-3} keV s 。作為參考,聚變堆需要 \sim 3 \times 10^{21} m^{-3} keV s ,而托卡馬克的最高記錄是JT-60U的大概 \sim 6 \times 10^{20} m^{-3} keV s 。
SSPX的實驗發現了球馬克的根本性缺陷:維持電流需要helicity injection,但是這會破壞flux surface導致thermal confinement很差。簡單來講就是:三重積裏面的 \tau_E 和 T 是根本不相容的!
實驗結果顯示從概念上就無法透過球馬克實作聚變,可以說直接給球馬克研究判了死刑。從那之後的十幾年到現在,世界上再沒有出現大型球馬克。我所在的實驗室還在搞球馬克,不過主要是研究基礎物理現象(如磁重聯),和聚變是無緣了。
現在主流的托卡馬克是最有可能實作商業聚變的裝置。在過去的幾十年裏托卡馬克的三重積提高了6個數量級。但是只要在未來的實驗中發現任何根本性的問題(類似球馬克的 \tau_E 與 T 不相容),托卡馬克也將進入死胡同。到那時如果Tri Alpha Energy或者Tokamak Energy那些搞的稍微偏門的方向也遇到類似問題的話,聚變也許會真的走入死胡同。不過只要沒有那麽嚴重的問題的話,聚變研究應該還是會繼續的吧。