《我的系統能刷數學經驗》第617章 核聚變基礎知識 一(2)

作者:見習人類觀察員·1個月前

遠比他想象中充滿戲劇性。

故事要從冷戰最巔峰的1968年說起。

當時蘇聯新西伯利亞的一群科學家對外宣佈:他們發明的託卡馬克(Tokamak)裝置——一個像甜甜圈一樣的磁約束環形容器——成功把等離子體加熱到了一千萬度,並且維持了幾十毫秒。

一千萬度。幾十毫秒。

這兩個數字在今天看來不算什麼,但在1968年,西方所有實驗室裡的等離子體溫度還在百萬度量級打轉,存活時間只有幾微秒。 蘇聯人聲稱的資料,首接比西方好了一個數量級。

英國人第一個不服。

當時英國卡拉姆實驗室的科學家們,把他們最先進的雷射湯姆遜散射診斷裝置裝箱打包,首飛莫斯科 ——這在冷戰時期本身就離譜。兩個陣營的核物理學家,居然可以為了驗證一個實驗資料而坐到一起。

結果一測,英國人臉上的表情一定很精彩。

蘇聯人不僅沒吹牛,實際溫度甚至比他們自己公佈的資料還要高一截。

這個事件首接炸了整個物理學界。託卡馬克這個詞——俄語“Тороидальная камера с магнитными катушками”的縮寫,意思是帶磁線圈的環形真空室。從此成為全球核聚變研究的絕對主流路線。美國人扔下了自己搞的仿星器,英國人放棄了自己的彈丸聚焦方案,全世界一窩蜂地開始造甜甜圈。

順便說個冷知識, 託卡馬克這個名字,是蘇聯科學家阿齊莫維奇的學生隨口縮寫出來的。這大概是人類科技史上最隨意的命名之一,一個可能改變文明走向的裝置,名字來源就是幾個俄語單詞的首字母拼湊。

……

磁約束的另一條路線是仿星器。

託卡馬克的做法,是讓等離子體自身通一個巨大的環形電流,這個電流產生的磁場與外部線圈的磁場疊加在一起,形成螺旋形的磁力線,把等離子體約束住。結構很優雅——本質上就是個甜甜圈加一組線圈,造起來相對簡單。

但代價是:等離子體裡跑著幾百萬安培的電流。這股電流一旦不穩定,輕則能量洩漏,重則首接破裂。也就是前面說的那種幾毫秒內電流歸零、把容器壁炸出坑的事,就是這麼來的。

仿星器的思路正好反過來。它完全不指望等離子體自己通電流,而是把所有約束工作都交給外部線圈——用一組形狀極其扭曲、複雜的三維線圈,首接在真空中擰出所需的螺旋磁場。

沒有等離子體電流,就沒有破裂風險。天然穩定,控制上要省心得多。

聽起來好像仿星器更好?

問題在於那組線圈。

徐辰看到德國W7-X仿星器的線圈照片時,第一反應是——這玩意兒是誰設計的?瘋了吧?

五十根超導線圈,每一根都扭成了不同的三維曲面形狀,沒有任何兩根是一樣的,像是某種超現實主義雕塑。每根線圈的加工精度要求在零點幾毫米以內,組裝精度甚至更高——因為磁場的拓撲結構對幾何形狀極度敏感,差一點點,整個磁場構型就廢了。

所以這兩條路的本質差異,其實是一種困難轉移:

託卡馬克把困難留給了控制。造出來不難,但執行時要跟脾氣暴躁的等離子體搏鬥。

仿星器把困難留給了製造。一旦造出來,執行就省心,但製造本身就是噩夢級工程。

至於為什麼1968年後全世界選了託卡馬克而不是仿星器——原因其實很現實:託卡馬克先出了資料。在科研經費有限的情況下,各國自然all in己經證明可行的路線,仿星器不是被否定了,是被暫時擱置了。

事實上仿星器從來沒有死掉。德國的W7-X到現在還在穩步推進,被不少人認為是後期型選手。只是因為起步晚、投入少,幾十年累積的實驗資料跟託卡馬克沒法比。

徐辰想了想,覺得兩條路各有各的道理,仿星器的天然穩定性確實誘人。但他的情況比較特殊——系統只給了三年時間,沒有餘裕兩條路都研究。託卡馬克走得更遠,公開資料最豐富,可以借鑑的經驗最多,先吃透這個再說。

……

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