“洛克希德馬丁”要造核聚變反應(yīng)堆

美國(guó)軍工企業(yè)洛克希德馬丁公司正在建造的新型核聚變反應(yīng)堆。圖片來(lái)源：美國(guó)洛克希德公司

美國(guó)軍工企業(yè)洛克希德馬丁公司10月16日公布了該公司位于棕櫚谷的臭鼬工廠正在建造的緊湊型核聚變反應(yīng)堆（CFR）的一些信息后，很多科技鬼才為之抓狂。該公司稱找到了封壓溫度極高的電離氣體或等離子體的創(chuàng)新方法，這意味著它可以建成一個(gè)相當(dāng)于當(dāng)前規(guī)模1/10的反應(yīng)堆，前者例如正在法國(guó)建設(shè)的國(guó)際核聚變工程—— 國(guó)際熱核實(shí)驗(yàn)反應(yīng)堆（ITER）。

如果可以建立這樣一個(gè)小型的、更加經(jīng)濟(jì)的反應(yīng)堆，將是一場(chǎng)改變世界的革命，因?yàn)榻ㄔ霫TER將要花費(fèi)至少200億美元，這只是證明了核聚變的反應(yīng)原理，而不是讓它發(fā)電。但是由于缺少足夠真實(shí)信源，沒(méi)有人會(huì)說(shuō)洛克希德的新方法將會(huì)引發(fā)一場(chǎng)革命?！安荒芎?jiǎn)單依靠這些信息得出結(jié)論。”英國(guó)富勒姆阿賓頓的聚變能源中心主任Steven Cowley說(shuō)，“如果這不是洛克希德公布的信息，你可能會(huì)說(shuō)這些簡(jiǎn)直是一堆瘋狂的想法。”

洛克希德團(tuán)隊(duì)預(yù)測(cè)，可能要花費(fèi)5年時(shí)間證明新核能反應(yīng)堆的概念。在此之后，他們估計(jì)還需要另外花費(fèi)5年建造一個(gè)可以提供100兆瓦電量的樣品反應(yīng)堆，這些電量足夠供給一個(gè)小城市使用，而且反應(yīng)堆還可以被安裝在卡車的車廂里。洛克希德公司網(wǎng)站上的一段視頻甚至討論了在輪船和飛機(jī)上安裝一臺(tái)CFR的可能性。

但是洛克希德公布的信息中并未對(duì)反應(yīng)堆的特點(diǎn)作出詳細(xì)介紹。美國(guó)《航空周刊》10月16日的一篇對(duì)該團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人Thomas McGuire的專訪披露了更多的細(xì)節(jié)。

核聚變的目的是通過(guò)獲取原子核中的輕核——通常是氫的同位素，并把它們?nèi)诤显谝黄鹦纬珊ぁ獊?lái)釋放原子核內(nèi)部的能量。問(wèn)題在于所有的原子核都帶正電，相互排斥。為了讓它們足夠靠近地融合在一起，就需要把等離子體（由原子核與電子組成的氣體）加熱到超過(guò)1億攝氏度，這樣才能使原子核高速運(yùn)轉(zhuǎn)，并使它們相互碰撞之后進(jìn)行融合。由于這個(gè)過(guò)程中的高溫會(huì)融化世界上的所有的金屬，建造一座核反應(yīng)堆的挑戰(zhàn)就是在不碰到反應(yīng)堆邊緣的前提下對(duì)等離子體進(jìn)行封壓。很多反應(yīng)堆如超導(dǎo)托卡馬克ITER選擇使用超強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)等離子體進(jìn)行封壓。

從洛克希德提供的照片可以看到，CFR與一種稱作尖端幾何或有人稱之為“尖樁籬柵”的磁場(chǎng)形態(tài)很相似。照片展示了一系列成串設(shè)置的環(huán)形電磁鐵，就像一個(gè)窗簾橫桿兒上的拉環(huán)。如果它是一個(gè)尖樁籬柵，那么等離子體就要順著環(huán)形磁場(chǎng)中的軸心移動(dòng)，同時(shí)電磁鐵會(huì)朝向中心的等離子體產(chǎn)生磁場(chǎng)。這種效果就是如果軸心附近的帶電粒子向外移動(dòng)，周圍的帶電磁場(chǎng)就會(huì)再把它推回來(lái)。一開(kāi)始這種作用力很小，但是粒子偏離軸心越遠(yuǎn)，周圍磁場(chǎng)的推力就會(huì)越大。使封壓的等離子體更加趨向于不穩(wěn)定狀態(tài)，從而產(chǎn)生其他種類的融合。

尖端幾何在上世紀(jì)50年代由紐約大學(xué)教授Harold Grad首次提出，但后來(lái)卻被放棄，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)顯示這種機(jī)械方式存在漏洞：粒子會(huì)從兩個(gè)環(huán)形電磁場(chǎng)中間的空隙逃逸。而一些尖端幾何則在近年的一些器件制作方面得以復(fù)興，如可以創(chuàng)造3D尖端幾何而不是線性尖端幾何的多面勢(shì)阱。根據(jù)《航空周刊》報(bào)道，CFR將在磁場(chǎng)中使用一種在上世紀(jì)50年代才發(fā)展出的超導(dǎo)管線，這種超導(dǎo)體可以提供強(qiáng)大的電磁場(chǎng)增強(qiáng)封壓效果。洛克希德公開(kāi)的信息中還提及將會(huì)結(jié)合使用若干種品質(zhì)最好的封壓材料。Cowley認(rèn)為，他們可能還會(huì)用到一種叫作場(chǎng)反向位形（FRC）的技術(shù)，在這種位形中，螺旋磁場(chǎng)將會(huì)被引入到等離子體封壓過(guò)程中，這樣它就可以對(duì)自己產(chǎn)生封壓作用。FRC同樣始于上世紀(jì)60年代，但這種方法卻非常“短命”，僅可以維持千分之一秒?！八麄兛赡茉噲D在尖樁籬柵中設(shè)置一個(gè)FRC。”Cowley推測(cè)道。

根據(jù)10月17日的相關(guān)信息，McGuire在10月9日起草的3個(gè)美國(guó)專利申請(qǐng)文件揭示了關(guān)于核聚變反應(yīng)堆的更多具體信息。它看起來(lái)確實(shí)像一種尖端幾何設(shè)備，但是卻比尖樁籬柵要復(fù)雜得多。它的兩頭還各有一個(gè)叫作磁鏡的結(jié)構(gòu)，作為一種磁性塞，阻止粒子沿軸心逃逸。

同時(shí)，一些科學(xué)家也指出了這種設(shè)備的一個(gè)潛在問(wèn)題，即反應(yīng)容器內(nèi)用超導(dǎo)體做成的電磁鐵線圈。如果它們?cè)谝粋€(gè)正在工作中的核聚變反應(yīng)堆中，這些超導(dǎo)體會(huì)被核聚變的產(chǎn)物高能中子所破壞。其他使用高溫超導(dǎo)體的設(shè)計(jì)有超過(guò)1米厚的擋板防止電磁線圈受到中子破壞，盡管麻省理工學(xué)院的研究人員堅(jiān)持認(rèn)為，擋板可能會(huì)被削減到77厘米厚。盡管如此，這層擋板也被加入到洛克希德目前的設(shè)計(jì)中，研究人員表示，這將會(huì)使核聚變反應(yīng)堆的直徑達(dá)到18米，而不是該公司聲稱的7米。（馮麗妃）