罗布·戈德斯顿:一位处于核聚变和军备控制研究前沿的科学家

RodGoldston

罗布Goldston教授在普林斯顿大学教授核能和核不扩散领域。罗伯是等离子体物理学和聚变能领域的领军人物。1997 - 2009年,他担任美国能源部普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)主任。从那以后,他发表了有关利用核能、核裂变和核聚变缓解气候变化与核扩散风险之间的权衡的文章。最近,他与普林斯顿大学(Princeton)的亚历山大·格拉泽(Alexander Glaser)教授和哈佛大学(Harvard)的博阿兹·巴拉克(Boaz Barak)教授合作,制定了一项针对核弹头核查的零知识协议,三人因此被《外交政策》(Foreign Policy)杂志评为“2014年全球领先思想家”。2015年春季学期,他是普林斯顿大学伍德罗·威尔逊学院科学和全球安全项目的代理主任。

是什么促使你成为一名科学家?有没有一个特定的人或把你这条道路上的一个事件?

从我记事起,我就对物理学感兴趣,但有一件事的确引人注目。一个高中生的父亲是一名激光物理学家——那时候还很少见——他被邀请来教我们上午8:30的物理课。我们被他能告诉我们的关于现代物理学的东西迷住了,我们让他一直回答我们的问题,直到午饭时间。我们删除了所有中间的类。

核聚变能源的潜在好处是什么?

核聚变有许多潜在的好处。它的燃料充足。它不会融化或逃跑。如果得到保护,它的扩散风险很小。

什么是扩散风险,如果有的话,从聚变能?有什么可以和应该做的,以尽量减少这些风险?

扩散风险通常被分为使用的秘密设施,以生产裂变材料,为此目的而宣布的设施,并突破隐蔽滥用。甲DT [氘 - 氚]融合能够产生足够的中子蜕变铀或钍的装置,使1 SQ [显著量[1]每年的武器材料的价值,虽然比核聚变发电厂小得多,但仍然是相当大的,并且具有非常明显的环境特征。因此,秘密设施制造炸弹材料的风险很小。

然而可以想象,将铀或钍的目标在中子和功率产生聚变等离子体(热,电离的气体的云即聚变燃料)的附近。你需要有保障措施,以确保没有这样的物质存在,但这些将是比较容易实现,因为基线量为零 - 因此,任何铀,钍的检测或裂变产物会被滥用的一个明确的签名厂。

最后,你可能会担心爆发。核聚变的优势在于,即使是未宣布的爆发也很容易被探测到(同样是由于存在不适当的材料),在爆发的时候也不会产生可裂变材料。在没有辐射扩散风险的情况下,关闭聚变发电厂相对容易。我写过这些问题金博宝正规网址[2]还有一些与惯性约束聚变有关[3],并在国际原子能机构协商小组曾建议在保障措施可以最好地部署融合系统的方式。

更重要的是需要做部署第一个商用聚变能电站?大约走多远是实现这一突破的世界吗?

我认为,我们知道如何从融合使商用的电量,而这将通过ITER [拉丁语为“办法”]实验现在正在建造在法国的证明。ITER被提名产生高达500 MW聚变功率的以脉冲400秒和一个小时之间持久的。下一个挑战 - 这是我目前的研究领域 - 正在学习如何等离子体的热量从等离子体边缘逃脱[4][5]以及如何最有效地捕捉它。一个平行的挑战是开发能够承受DT反应产生的14兆伏特中子通量的材料。从某种意义上说,我们的下一个挑战是由我们迄今为止在制造核聚变能源方面的成功所决定的。

这是很难说什么时候这一切都将走到一起。ITER应该证明在21世纪30年代主要的电力生产。我们应该让沿平行的其他科学和技术,使后ITER装置可对电网把电。这是一个已经在中国,欧洲,日本和韩国已经阐明了计划的结构。在美国,我们已经比较讳莫如深阐明这样的计划。

特别是,你有什么建议(或已给)给美国政府(无论是行政和立法部门),以进一步推进在聚变能商业突破的前景如何?

我认为,美国需要承诺是聚变能商业竞争对手,这意味着我们需要关注节目与一组特定的目标和里程碑。具体而言,我认为在融合的赢家将是国家,地址的热量和中子最有效的通量的问题。金博宝正规网址我们应该做的是,在美国,同时支持国际热核实验堆项目,这样我们就可以建立一个有竞争力的先导融合电厂尽快ITER成功。

请外行的术语描述什么是“零知识协议”,以及它如何帮助在核军控地址验证的问题。请说明验证技术的联盟。

未来军备控制协议的一个关键问题将是多国视察队能够核实预定拆除的核弹头确实是弹头,而且是指定类型之一。问题是,这必须在不透露任何有关弹头设计或成分的情况下进行。(换句话说,核武器控制不应促进核扩散!)Alex Glaser、Boaz Barak和我提出了一种新的交互式“零知识”技术[6]要解决这个明显的矛盾。我们建议,检查人员会首先选择一个或多个弹头,随机,从积极部署导弹。在这些弹头的至少一个,我们假设,是一个人住一间。如视察不舒服这一点,他们还可以选择更多。然后,说,50个弹头从存储拉出。现在,如果检查人员可以证明自己满意的是,这些50岁以上的对象是相同的,没有学习他们什么,问题就解决了。

我们下一步的方法是一种微分中子射线照相,我们现在刚刚开始在PPPL进行实验——使用未分类的测试对象。如果我们只是拍一枚弹头的中子射线照片,所得到的图像将是高度机密的。所以我们的概念是,拥有核弹头的人预载此图像的通过产生小气泡的补到一种特殊类型的记录中子注量的中子检测器的阵列。当然,检查人员没有得到要么看到这些预加载。然而,当它们与照射最终落到预加载的阵列中子的真弹头,在每个检测器的总信号和应为气泡的预先商定的数 - 这将已产生什么也没有出现的数目。所以,如果我们得到了什么形象 - 我们有一个真正的弹头!我们传达的信息。The nice trick that made me fall in love with this idea is that if the preload is given a random Poisson distribution, there isn’t even information in the noisy speckle pattern on the image, since Poisson(n) + Poisson(m) = Poisson(n+m).

聪明的读者,但是,可能已经注意到一个问题。为什么不能弹头的所有者拔出岩石的袋子从存储,并给予检查员与岩石的袋的补预装探测器阵列?答案 - 而这正是交互式零知识特性进来 - 是核查人员能选择哪些预装探测器阵列与假定的弹头去。所以这是互补的岩石袋的预紧力很可能落得后面脱下导弹真正的弹头。如果我们这样做了几次,胜算的弹头所有者可以逃脱作弊是微不足道的。

在验证技术的联盟是由美国能源部国家核安全管理局资助的一个多机构的活动。它为高校合作与国家实验室工作的若干种验证技术的资金,而不是仅仅与弹头关联。普林斯顿大学和PPPL此联盟的成员,在零知识弹头验证一起工作。

8月初,您与29位顶尖科学家联名致信[7]感谢奥巴马总统支持伊朗核协议。你为什么在信上签名?

当我读了JCPOA,我在这是多么强大很惊讶。在其他不扩散协定的框架来看,这是非常创新,非常严格,也很很好的验证。我想对非技术人员明白,这确实是一个非常好的协议是非常重要的 - 实际上,迄今为止,在绝对意义上谈判 - 和最好的,能够把工作做好。经过15 - 25岁的“好行为”,伊朗将被限制仅作为不扩散核武器条约的良好信誉,并签署了附加议定书任何其他成员受到限制,但一段时间后,这是不可避免的。正如我们在信中说,我已经分别写[8],我们需要加强,从长远来看不扩散制度 - 这交易给了我们时间来做到这一点。

您如何看待科学的机会,美国科学家可以与伊朗科学家合作,在追求什么?

伊朗核协议表明,伊朗对核聚变,特别是ITER有兴趣。我非常欢迎伊朗科学家参与这些研究。

你会给那些考虑将他们的知识和技能应用于社会问题的科学家同伴们什么建议?金博宝正规网址

首先,科学是很大的乐趣。有没有快感大于理解的东西深深的第一次。如果你是世界上第一人了解它 - 这使得它一百倍更好。如果你可以在同一时间内解决societally重要的问题,这可能是更好的?


[1]按照国际原子能机构,一个显著量(SQ)代表的裂变材料的数量,使第一代核爆炸装置,包括生产损失。https://www.iaea.org/sites/default/files/iaea_safeguards_glossary.pdf

[2]秘密生产,隐蔽生产和突破:磁聚变能的扩散风险,A格拉塞,RJ Goldston,核聚变52(4),043004

[3]惯性约束聚变能源研发与核扩散:直接透明审查的需要,RJ Goldston,原子科学家公报,2013年5月30日

[4]基于漂移的低吹气h型托卡马克功率刮除宽度的启发式模型陈志勇,核聚变52 (1),013009

[5]理论方面和启发式漂移SOL模型的实际影响, RJ Goldston,核材料学报2014.10.080

[6]对于核弹头核查零知识协议巴拉克,戈德斯顿,自然510 (7506),497-502

[7]http://www.nytimes.com/interactive/2015/08/08/world/document-iranletteraug2015.html

[8]突围和Sneakout,RJ Goldston,原子科学家2015年2月10日的公告:与伊朗谈判