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远比他想象中充满戏剧性。
故事要从冷战最巅峰的1968年说起。
当时苏联新西伯利亚的一群科学家对外宣布:他们发明的托卡马克(Tokaak)装置——一个像甜甜圈一样的磁约束环形容器——成功把等离子体加热到了一千万度,并且维持了几十毫秒。
一千万度。几十毫秒。
这两个数字在今天看来不算什么,但在1968年,西方所有实验室里的等离子体温度还在百万度量级打转,存活时间只有几微秒。苏联人声称的数据,直接比西方好了一个数量级。
英国人第一个不服。
当时英国卡拉姆实验室的科学家们,把他们最先进的激光汤姆逊散射诊断设备装箱打包,直飞莫斯科——这在冷战时期本身就离谱。两个阵营的核物理学家,居然可以为了验证一个实验数据而坐到一起。
结果一测,英国人脸上的表情一定很精彩。
苏联人不仅没吹牛,实际温度甚至比他们自已公布的数据还要高一截。
这个事件直接炸了整个物理学界。托卡马克这个词——俄语“Тороидальнаякамерасмагнитнымикатушками”的缩写,意思是带磁线圈的环形真空室。从此成为全球核聚变研究的绝对主流路线。美国人扔下了自已搞的仿星器,英国人放弃了自已的弹丸聚焦方案,全世界一窝蜂地开始造甜甜圈。
顺便说个冷知识,托卡马克这个名字,是苏联科学家阿齐莫维奇的学生随口缩写出来的。这大概是人类科技史上最随意的命名之一,一个可能改变文明走向的装置,名字来源就是几个俄语单词的首字母拼凑。
……
磁约束的另一条路线是仿星器。
托卡马克的做法,是让等离子体自身通一个巨大的环形电流,这个电流产生的磁场与外部线圈的磁场叠加在一起,形成螺旋形的磁力线,把等离子体约束住。结构很优雅——本质上就是个甜甜圈加一组线圈,造起来相对简单。
但代价是:等离子体里跑着几百万安培的电流。这股电流一旦不稳定,轻则能量泄漏,重则直接破裂。也就是前面说的那种几毫秒内电流归零、把容器壁炸出坑的事,就是这么来的。
仿星器的思路正好反过来。它完全不指望等离子体自已通电流,而是把所有约束工作都交给外部线圈——用一组形状极其扭曲、复杂的三维线圈,直接在真空中拧出所需的螺旋磁场。
没有等离子体电流,就没有破裂风险。天然稳定,控制上要省心得多。
听起来好像仿星器更好?
问题在于那组线圈。
徐辰看到德国W7-X仿星器的线圈照片时,第一反应是——这玩意儿是谁设计的?疯了吧?
五十根超导线圈,每一根都扭成了不同的三维曲面形状,没有任何两根是一样的,像是某种超现实主义雕塑。每根线圈的加工精度要求在零点几毫米以内,组装精度甚至更高——因为磁场的拓扑结构对几何形状极度敏感,差一点点,整个磁场构型就废了。
所以这两条路的本质差异,其实是一种困难转移:
托卡马克把困难留给了控制。造出来不难,但运行时要跟脾气暴躁的等离子体搏斗。
仿星器把困难留给了制造。一旦造出来,运行就省心,但制造本身就是噩梦级工程。
至于为什么1968年后全世界选了托卡马克而不是仿星器——原因其实很现实:托卡马克先出了数据。在科研经费有限的情况下,各国自然all已经证明可行的路线,仿星器不是被否定了,是被暂时搁置了。
事实上仿星器从来没有死掉。德国的W7-X到现在还在稳步推进,被不少人认为是后期型选手。只是因为起步晚、投入少,几十年累积的实验数据跟托卡马克没法比。
徐辰想了想,觉得两条路各有各的道理,仿星器的天然稳定性确实诱人。但他的情况比较特殊——系统只给了三年时间,没有余裕两条路都研究。托卡马克走得更远,公开资料最丰富,可以借鉴的经验最多,先吃透这个再说。
……