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发信人: asdf (变量), 信区: Science
标  题: 高科技大计划遇到挫折              
发信站: 紫 丁 香 (Tue Jun 30 21:44:03 1998), 转信

发信人: Bob (Dinosaur), 信区: Physics
标  题: 高科技大计划的挫折
发信站: 空间科学BBS站 (Sun May 11 02:11:07 1997)

    真正的科技大计划有两个特点：第一，贵得厉害；第二，可能有
极大的长期利益，但决不会有重要的眼前利益。它可以说是典型的公
共投资， 只有富裕而具有远见的政府才会推行。 由于费用越来越昂
贵，它已逐渐从国家计划转变成国际合作计划了。像1994年美国放弃
超导超级对撞机计划①，让日内瓦欧洲国际核子研究中心CERN的大型
强子对撞机LHC取代， 以及欧洲和美国目前一代的核聚 变 环 流 器
（Tokamak）装置（分别名为JET和TFTR）完成开垦任务之后，行将由
欧、美、日、俄联合建造的下一代国际环流实验反应器ITER代替②，
都是这大趋势的反映。 然而目前LHC和ITER这两项主要国际高科技合
作计划，都双双遇到了困难。

    首先，在七月间，德国由于经济不景， 而须裁减研究经费达106
亿美元，这不但引起了德国科学谘询委员会和大学校长的忧虑。认为
危机已迫在眉睫③，而且令德国跟着决定今后四年间削减对CERN的支
持8 - 9%，并要求CERN通过裁减员工的优厚薪酬和福利（而不是减少
仪器和研究项目）来达到撙节开支的目标。这是一个沉重打击，因为
德国是CERN的主要支持考，而CERN19个成员国应付的财政份额是依据
国民总产值按一定公式计算，其比例不能任意更改。在这情况下，唯
一合理而不致引起强烈争议的解决办法，就是其他成员国也按比例一
同减少支持，而整体预算的8 - 9%缺口则由内部节约和借债弥补。这
样一来， 首当其冲的自然就是耗资20.6亿美元的LHC建造大计。为了
避免影响可能从旁参与建造LHC的美、 日这两个非成员国的 信 心，
CERN打算仍照原定计划在2005年完成建造LHC， 而不考虑分期进行或
削减其经费④。换而言之，是通过借贷来解决令后数年间的资金周转
问题， 尽量避免动摇根本大计。 这可说是逆境中大胆而有远见的作
法。

    大型环流器ITER造价比LHC更贵， 估计至终会达到100亿美元 以
上。它同样也遇到了严重挫折──但问题可不是钱。恰好相反：意气
风发的日本和对能源有迫功需求的欧洲都跃跃欲试⑤。问题是技术：
对撞机技术要求虽高，但机制是完全清楚的，只要有钱，肯定可以达
到设计目标。环流器却全不是那么一回事：经过了四十多年努力，用
磁场来约束极高温的等离子体（plasma），特别是消除其由于湍流而
引起的不稳定性和能量耗失，至今还是未完全解决，甚至基本上未能
计算的问题。所以，庞然巨物的ITER环流器（它直径有16米）造出来
之后， 到底是否果真如核聚变专家用外插法（extrapolation）所简
单推断的那样，会比直径只有6米的JET有长得多的约束时间和高得多
的等离子温度和密度？是否真能达到其设计报告书所预言的输出功率
15倍于输入功率的美好前景？那是不能无疑的。

    事实上，ITER计划最近所遇到的严重挑战，就是德萨斯大学聚变
研究所的多兰（William   Dorland ） 和 葛 申 路 德 （ MichaeI
Kotschenreuther）两人的新发现。 他们深感以没有理论根据的外插
法来估计不同环流器的表现太不可靠，因此由基本物理和湍流理论出
发，从头再发展了一套计算等离子体在环流器中的不稳定旋涡如何增
长和相互作用的方法， 并设计出在超级计算机上实施这套方法的 程
序。  这 样 就 终于出现了一个环流器的实计模型（computational
model）。这模型对ITER的预测完全出乎意料之外： 由于种种迄今未
曾注意的因素（主要是在大体积中螺旋式环流的离心力以及离子注射
这二者对等离子体中产生不稳定性的旋涡的压抑作用之相对减少），
环流器加大之后，其等离子体很可能变得更不稳定，而不是如一向想
像的那样变得稳定，因此设计书所预言的ITER美好前景可能只不过是
海市蜃楼而已⑥。由于多兰和葛申路德的工作极之坚稳细致，而所显
示的效应又那么显著，因此ITER设计组的科学家也不得不承认问题的
严重性，认为须要慎重考虑下一步骤，并且积极寻求其他更有利（但
可能相当不同）的设计方案。

    在1995年底，美国曾经传出磁约束问题已经可大计划现在同时遇
到挫折，希望到二十一世纪可以一同得到解决吧！

     ①《二十一世纪》21， 77（1994年2月）； 27， 96（1995年2
月）。

    ②《二十一世纪》14，67（1992年12月）。

    ③Alison Abbott，Nature 384，395（5 December 1996）。

    ④Alison Abbott，Nature 384， 96（14  November  1996）；
384，203（21 November 1996）。

    ⑤David  Swinbanks，NatuFe 384，96（14 November 1996）；
Alexander Hellemans，Science 274，1 603（6 December 1996）。

    ⑥James Glanz，Science 274，1 600（6 December 1996）。

    ⑦二十一世纪》31，122（1995年10月）。

【原载《二十一世纪》第39期】

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