Rob Goldston:一位研究核聚变和军备控制前沿的科学家

通过2015年10月14日

RodGoldston

Rob Goldston教授在普林斯顿大学教授核能和核不扩散。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。从那时起,他发表了关于核能、裂变和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)的波阿斯•巴拉克(Boaz Barak)教授合作,制定了一项用于核弹头验证的“零知识协议”(Zero-Knowledge Protocol)。2015年春季学期,他担任普林斯顿大学伍德罗·威尔逊学院科学与全球安全项目的代理主任。

是什么激励你成为一名科学家?是否有某个人或某件事让你走上了这条路?

尽管我记得我对物理感兴趣,但一个事件确实脱颖而出。一位高中生的父亲是激光物理学家 - 当那些稀有的时候,他被邀请教我们8:30的物理课。我们如此迷人,他可以告诉我们现代物理,我们让他继续回答我们的问题,直到午餐时间。我们削减了所有的介入课程。

融合能量有哪些潜在的好处?

核聚变有许多潜在的好处。它的燃料丰富。它不会融化或逃跑。而且,如果得到保护,它的扩散风险是很小的。

来自Fusion Energy的,如果有的话是什么?可以和应该做些什么来最大限度地减少这些风险?

扩散风险通常分为使用秘密设施生产裂变材料、秘密滥用已宣布的设施以达到这一目的以及越狱。一种DT[氘-氚]核聚变装置,能够产生足够的中子使铀或钍转化为1sq[显著数量][1]虽然比核聚变发电厂要小得多,但仍然相当大,而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,人们可以想象,将铀或钍靶放在中子和电力产生融合等离子体附近(热,离子化气体的云)。您需要保障保障,以确保没有存在此类材料,但这些材料将相对容易实施,因为基线金额为零 - 所以检测任何铀,钍或裂变产品将是滥用滥用的清晰签名植物。

最后,你可以担心进化了。核聚变的好处是,即使是一个未宣布的爆发也很容易被发现(同样是由于不当材料的存在),在爆发的时候,还不会产生裂变材料。在没有辐射扩散风险的情况下,使核聚变电站失效相对容易。我写过关于这些问题的文章金博宝正规网址[2]还有一些与惯性约束聚变相关的[3],并在原子能机构协商小组中提出了为核聚变系统部署保障措施的最佳方法。

还需要做些什么来部署第一个商业可行的融合能源电厂?从实现这种突破,世界大约是多远的?

我认为我们知道如何从融合中进行商业量的权力,这将由ITER [拉丁语“的”方式“,现在是在法国建造的。镜头是在400秒和一小时之间产生高达500兆瓦的脉冲​​中的滤芯。下一个挑战 - 这是我目前的研究领域 - 正在学习血浆的热量如何从等离子体的边缘逸出[4][5]以及如何最有效地捕捉它。平行挑战是开发的材料,可以承受从DT反应中的14个MEV中子的通量。从某种意义上说,我们的下一个挑战是通过我们的成功来制定融合力。

当所有这一切都将达到困难时,很难说。ITER应该在20世纪30年代展示主要的电力生产。我们应该在另一种科学和技术并行地带来,使得镜头后的设备可以在电网上施加电网。这是在中国,欧洲,日本和韩国阐明的计划的结构。在美国,我们更加严重关注阐明这样的计划。

特别是,你会给美国政府(行政和立法部门)什么建议,以进一步推进核聚变能源的商业突破前景?

我认为美国需要致力于成为核聚变能源的商业竞争对手,这意味着我们需要一个有一系列具体目标和里程碑的重点项目。特别是,我认为核聚变的赢家将是最有效地解决热和中子通量问题的国家。金博宝正规网址我们应该在美国这样做,同时支持国际ITER项目,一旦ITER成功,我们就可以建造一个有竞争力的核聚变试验性发电厂。

请在Layperson的条款中描述“零知识协议”是什么以及它如何帮助解决核武器控制中的核查问题。请描述验证技术的联盟。

未来军备控制协议的一个关键问题将是,多国视察小组能够核实预定拆除的核弹头是真正的弹头,而且是特定类型的弹头之一。问题是,这必须在不透露任何弹头的设计或组成的情况下进行。(换句话说,核武器控制不应助长核扩散!)Alex Glaser、Boaz Barak和我提出了一种新的互动“零知识”技术[6]为了避开这个明显的悖论。我们建议视察员首先从积极部署的导弹中随机选择一枚或多枚弹头。我们认为,这些弹头中至少有一枚是活的。如果检查人员对此感到不舒服,他们可以选择更多。然后,假设50枚弹头从仓库中取出。现在,如果检查员能够满意地证明这50多个物体是相同的,而不需要了解它们,问题就解决了。

我们下一步的方法是差分中子射线照相术,我们刚刚开始在PPPL进行实验——使用未分类的测试对象。如果我们只是给弹头拍一张中子x光片,得到的图像将是高度机密的。所以我们的概念是弹头的拥有者预载将这幅图像补充到一组特殊类型的中子探测器上,该探测器通过产生小气泡来记录中子通量。当然,检查员也不能看到这些预载荷。然而,当他们用最终落在预装阵列上的中子照射真正的弹头时,每个探测器的总信号加起来应该是预先商定的气泡数量——没有气泡的情况下会产生的气泡数量。所以如果我们什么都没有得到的图像-我们有一个真正的弹头!我们没有传达任何信息。让我爱上这个想法的一个好技巧是,如果预紧力是随机的泊松分布,图像上的噪声散斑图案中甚至没有信息,因为泊松(n) +泊松(m) =泊松(n+m)。

然而,精明的读者可能已经注意到了一个问题。为什么弹头的拥有者不能从仓库里拿出一袋岩石,然后给核查人员一个预先装载了这些岩石的探测器阵列呢?答案是——这也是互动的零知识特性发挥作用的地方——核查人员可以选择哪个预装的探测器阵列与哪个假定的弹头。所以预紧力,作为一袋岩石的补充,很可能会在真正的弹头后面,从导弹上拉下来。如果我们这样做几次,弹头拥有者作弊的几率是无穷小的。

核查技术的联盟是由能源部国家核安全管理资助的多机构活动。它为大学提供资金,以与国家实验室合作,以便在多种验证技术上工作,而不仅仅是与弹头相关联。普林斯顿大学和PPPL是本联盟的成员,在零知识弹头验证中共同努力。

8月初,你和29位顶尖科学家一起写了一封信[7]奥巴马总统支持与伊朗的核协议。你为什么在信上签名?

当我读取JCPOA时,我惊讶于它的强烈。在其他不扩散协议的框架中观看,它是非常创新的,非常严格的,非常良好的验证。我认为非技术人员很重要,这确实是一个非常好的交易 - 确实是谈判的最好的 - 以绝对的方式,能够完成工作。在15-25岁的“良好行为”之后,伊朗将仅被视为任何其他成员擅长向NPT的良好站立和签署的签字,其附加议定书受到限制,但这在一段时间后这是不可避免的。正如我们在信中所说的那样,我已经单独写了[8],我们需要加强长期的不扩散制度 - 这项交易给了我们时间做的事情。

你认为美国科学家与伊朗科学家合作可以寻求什么样的科学机会?

JCPOA表明,伊朗对核聚变感兴趣,特别是对ITER。我很高兴欢迎伊朗科学家来研究这些。

对于正在考虑将自己的知识和技能应用于社会问题的同行科学家,你有什么建议?金博宝正规网址

首先,科学很有趣。没有比第一次深入了解的刺激。如果你是世界上第一个了解它的人 - 这让它变得百倍。如果你可以同时解决社会重要问题,那可能更好?


[1]根据国际原子能机构的说法,大量(SQ)代表了制造第一代核爆炸装置的裂变材料的量,包括制造损失。https://www.iaea.org/sites/default/files/iaea_safeguards_glossary.pdf

[2]磁聚变能量扩散风险:秘密生产、秘密生产、突破,Glaser,RJ Goldston,核聚心52(4),043004

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

[4]基于启发式漂移的低气雾h型托卡马克功率刮除宽度模型核聚变(1),013009

[5]启发式漂移溶胶模型的理论方面和实际意义核材料学报,2014,34 (4):491 - 498

[6]核弹头验证的零知识协议, A Glaser, B Barak, RJ Goldston, Nature 510 (7506), 497-502

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

[8]与伊朗谈判:突破和偷偷摸摸,RJ Goldston,原子科学家的公报02/10/2015

类别:曼哈顿计划核武器