可控核聚变曙光初现，一朵乌云紧随其后( 二 ) 可控核聚变曙光初现

从2030年代开始，聚变反应堆将大大增加对氚的需求，每年的需求量将达到2公斤，届时ITER和其他聚变初创公司计划开始燃烧氚。

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2022年5月，工程师开始组装ITER的反应堆容器。第一次氚燃烧计划于2035年进行。
图源：?ITER
但随着CANDU（其中许多反应堆已经运行了50年或更多）的退役，供应量将会下降。研究人员在20多年前就意识到，聚变的“氚窗”最终会砰然关闭，从那以后情况只会变得更糟。 ITER原本打算在2010年代初启动并在十年内结束一个DT反应堆。但由于法国核监管机构要求进行疫情大流行和安全检查， ITER的启动已被推迟到2025年，并且可能再次推迟。 ITER最早要到2035年才会点燃DT ，届时氚供应已经开始萎缩。
根据ITER的预测，一旦ITER在2050年代完成使命并关闭，氚的残留量只有5公斤或更少。 EuroFusion研究机构聚变技术负责人GianfrancoFederici承认，在最坏的情况下， “似乎没有足够的氚来满足ITER之后的聚变需求” 。也就是说如果ITER顺利的完成了实验，证明了这套装置可以稳定运行输出电力，但是可能人们却没有足够的氚来供应一个真正的核聚变电厂。
一些私营公司正在设计更小的聚变反应堆，这些反应堆的建造成本更低，而且只需更少的氚。马萨诸塞州的一家初创公司CommonwealthFusionSystems表示，它已经为其紧凑型原型和早期示范反应堆获得了氚供应，预计在开发过程中这些反应堆需要不到1公斤的氚。
但中国、韩国和美国计划的更大的、由公共资助的试验反应堆可能每个都需要几公斤。启动EuroFusion计划中的ITER继任者将需要更多，这是一个名为DEMO的机器怪物。作为一个正在运行的发电厂，它预计将比ITER大50% ，向电网提供500兆瓦的电力。
聚变反应堆通常需要大量的氚来启动反应，因为合适的聚变条件只发生在电离气体等离子体的最热部分。这意味着环形反应堆容器或托卡马克中的氚很少被燃烧。研究人员预计ITER将燃烧不到1%的氚；其余的将扩散到托卡马克的边缘并被扫入回收系统，该系统从废气中去除氦气和其他杂质，留下DT的混合物，然后将氚分离并送回反应器。这可能需要几小时到几天的时间。
DEMO的设计师正在研究减少其启动需求的方法。 “我们可能面临着很低的氚库存， ”卡尔斯鲁厄理工学院的ChristianDay说，他是DEMO燃料循环设计的项目负责人。 “如果新设备需要20公斤来启动它，那这将是个严重的问题。 ”
但是根据加州大学洛杉矶分校的核工程师MohamedAbdou和他的同事为发电反应堆（包括DEMO及其后续产品）模拟的DT燃料循环。他们估计了一些因素，包括燃烧DT燃料的效率、回收未燃烧燃料所需的时间以及反应堆运行的时间比例。在2021年发表在NuclearFusion杂志上的一篇论文中，该团队得出结论，仅DEMO就需要5至14公斤的氚才能开始——这比预计中2050年代启动时市场可能提供的数量要多。
即使DEMO团队和其他ITER后反应堆设计人员可以减少他们对氚的需求，如果氚增殖不起作用，聚变也将没有未来。根据Abdou的计算，一个产生3GW电力的商业聚变工厂每年将燃烧167公斤氚——这是数百个CANDU反应堆的供应量。

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英国的一个小型聚变反应堆，摄像机捕捉到了等离子体的湍流爆发。
图源：英国原子能局
另一个潜在的问题是：如果实践中的氚增殖的效率不太够，那即便是DT反应堆能够启动也无法持续。增殖的挑战在于聚变不会产生足够的中子，这与裂变不同，裂变中的链式反应释放出指数级增长的数量。在聚变中，每个DT反应只产生一个中子，可以孕育出一个氚核。由于增殖系统无法捕获所有这些中子，因此它们需要中子倍增器的帮助，这种材料在被中子撞击时会释放出两个作为回报。工程师计划将锂与倍增材料（如铍或铅）混合在反应堆壁上的毯子中。