
《玩核融合的男孩》的故事始於2010年。當時,身為《大眾科學》(PopSci)的特約編輯,我發現了一個規模雖小卻與眾不同的創客群體。這些精力充沛的業餘愛好者們,正致力於攻克應用核子科學中既艱鉅又精密的理論難題。在那些耗資數十億美元的大型實驗室之外,自學成才的業餘愛好者們竟然在擺弄核能——進行原子核聚變、元素嬗變、在DIY實驗室裡建造原子碰撞裝置——這既令人著迷,又令人不安。隨著這個原本封閉的小圈子成員逐漸向我敞開心扉,其中一位提到了泰勒·威爾遜,這位來自德克薩斯州特克薩卡納的14歲男孩,剛剛成為全球僅有的32位成功建造出可運行的核聚變反應堆(地球上的微型太陽)的人之一。
如今,我當年寫的關於泰勒的文章已經擴展成一本書了。 《玩轉核融合的男孩》是一部科學冒險故事,講述了一個充滿勇氣、毅力和激情的男孩,他的世界似乎沒有極限。以下節選自第十六章“幸運驢理論”,講述了業餘高能科學家們首次嘗試實現核融合的故事。
從某種意義上說,業餘核融合運動起源於科學與科幻的交會點。 1990年代中期,一位名叫湯姆·利根的電氣工程師兼科幻小說作家聽說物理學家羅伯特·布薩德就住在離他弗吉尼亞州家兩英里遠的地方,並在那裡工作。
「有些人仍然認為巴薩德是虛構人物,」利貢說,「但事實證明他確有其人。」1950年代中期,巴薩德在洛斯阿拉莫斯國家實驗室的核推進部門工作,負責設計核火箭發動機。他與人合著了兩本關於核動力飛行的書籍,並在1960年提出了「星際沖壓發動機」的概念。這種引擎可以收集星際電離氫,並將其導入核融合反應堆,利用反應器的輸出推動太空船前進。儘管巴薩德認為他的設計至少還需要兩百年才能實現,但星際沖壓發動機(也稱巴薩德沖壓發動機)卻成為了科幻小說中的經典元素,在拉里·尼文和保羅·安德森的小說中被用來推動太空旅行者,在《星際迷航》系列中則被用於星際艦隊的星際艦隊的星際艦隊。
布薩德後來成為當時美國原子能委員會受控熱核反應部門的助理主任。該部門已將磁約束聚變作為其主要聚變項目,但布薩德認為一種他稱之為「多面體阱」(polywell,由多面體和勢阱組合而成)的聚變反應器更有前景。這種反應器克服了范斯沃斯-赫希聚變反應器(通常稱為聚變器)的一些效率低下問題。聚變器利用電場加速離子,使其發生劇烈碰撞,使原子核發生聚變,釋放出巨大的能量。
布薩德的反應器使用帶負電荷的等離子體場,而不是帶負電荷的金屬絲網來吸引和加速帶正電荷的離子。布薩德創辦了一家小型科技公司,由軍方資助,以推進他的聚合物阱設計。
利貢帶著履歷順道拜訪。 “當時沒人,”利貢回憶說,“但招牌上寫著……這是能源/物質轉換公司。我把宣傳單從門縫塞了進去,笑著意識到這和愛因斯坦的著名公式有關。”
布薩爾德回了他電話,利貢隨後加入了EMC2公司,該公司在1994年至2006年間製造了多個聚合物阱原型機。布薩爾德認為,憑藉最終的原型機,他已經解決了剩餘的主要物理難題,並報告效率呈指數級提升。但隨著伊拉克戰爭消耗了軍方資源,軍方停止了聚合物阱的研究。布薩爾德籌集了私人資金,用於建造一座聚合物阱發電廠。
布薩德於2007年去世。 「他去世時堅信自己取得了重大突破,」利貢說,「美國海軍的研究人員可能也抱有同樣的信念,因為在布薩德去世後,他們重啟了聚合物阱計劃,並將其轉移到了洛斯阿拉莫斯國家實驗室。泰勒和他的朋友兼聚變研究同事卡爾·威利斯是少數幾個下一代聚合物阱裝置的外來者;自從他們參觀過實驗室,該項目自從他們參觀過實驗室後
1998年,利貢建造了一個幾乎可以正常運作的范斯沃斯-赫希反應堆,並將其帶到理查德·赫爾位於里士滿附近的家中,參加一場業餘高能科學家的聚會。 “當我驚嘆於理查德強大的特斯拉線圈時,”利貢說,“其他人卻瘋狂地迷上了建造他們自己的桌面熱聚變反應堆的想法。”
“人們通常的不足之處在於中子探測方法。”
隔年,赫爾的聚變反應器成為首個在研究實驗室以外實現經核融合反應的裝置。其他愛好者也紛紛效仿,並建立了一個線上論壇,與像威利斯這樣的人分享資源。威利斯於2003年成為第十位建造出可運作反應器的人。除了作為資訊交流中心之外,Fusor.net論壇也已成為業餘核融合成功聲明的實際驗證機構。
Fusor.net 的聚變愛好者名單分為三個等級。 「拾荒者」剛起步,正在收集組件和/或組裝零件。 「等離子體俱樂部」成員需要提供等離子體產生的證據。 「中子俱樂部」的申請者必須提供確鑿的融合證據,例如圖片以及關於裝置、條件和中子探測系統的完整資料揭露。 「許多萌生建造聚變反應器想法的人都帶有那種科幻小說般的冒險精神,」威利斯說,但技術上的挑戰會迅速淘汰那些對掌握核理論和工程不夠認真的人。 「你不可能蒙混過關進入中子俱樂部,」威利斯說。
「人們通常的缺點在於中子探測方法,」赫爾說。這其中有許多來回的提問和解答,這構成了一種非正式但嚴格的同儕審查過程。
在協助管理 Fusor.net 網站的 Willis 建議 Taylor 建造一個聚變器後不久,Taylor 便將自己的名字加入了「Scroungers」名單。 Taylor 也越來越頻繁地出現在該網站的技術論壇上。 「每個人都非常慷慨,樂於提供建議,並讓我與他們交流想法,」Taylor 說。 “有些東西的知識來源並不多,例如真空問題。真空技術幾乎是一門玄學;我的意思是,誰會專門去學這個呢?”
但起初,論壇上的參與者都不知道他們正在和一個十二歲的孩子交流。
閱讀 2012 年《大眾科學》雜誌上的文章《玩弄核融合的男孩》,或購買這本書。