江才健觀點:核融合、氫彈、泰勒的人生悲歡

2023-02-05 07:10
泰勒於1980年代成為了遊說總統羅納德·里根採納戰略防禦計劃的一股重要力量。(維基百科)
泰勒於1980年代成為了遊說總統羅納德·里根採納戰略防禦計劃的一股重要力量。(維基百科)

去年十二月,媒體上出現美國核融合研究突破的消息,引起了一些注意。對於核融合研究有所認識的人就會知道,這個消息不值得過分關注,英國有名的新聞雜誌《經濟學人》多年前做核融合研究的報導,開頭用了兩句話,「科學研究的正字標記,是實驗的可以重複;核融合研究的正字標記,是一再重複的頭版消息。」說得很好,也很內行。

面對日益增長的人口,日益匱乏的資源,核融合的成功,無疑是人類最值得寄望的能源新前景,但是由上世紀五十年代以降,利用核融合科技而產生的「氫彈」,早已試爆成功,利用受控制核融合技術發電的研究,卻總是「只聞樓梯響,未見人下來」,原因無他,要核融合反應拘束在反應器中,使其受控的持續反應,並將釋放出的熱能轉化為電能,其中困難是出乎想像的。

對社會大眾而言,上世紀物理科學最重大的影響不是相對論或量子力學,是一九三八年在德國發現的原子核分裂反應,在對核分裂成就的世俗認定,其中貢獻最大的猶太裔德國女物理學家麥特勒(Lise Meitner)卻遭到忽視,讓愛因斯坦大為不滿。核分裂反應對人類文明帶來巨大影響,除發展出有巨大毀滅力量的原子彈,更因大科學家費米(Enrico Fermi)領導發展出受控核分裂反應堆,進而有了核能發電。費米領導受控核分裂反應堆,起初的連鎖反應不能持久,是吳健雄提供戰前在柏克萊做的一項保密實驗結果而解決,直到今天,吳健雄的這項貢獻還用於核能電廠的反應器中。

費米領導完成人類頭一個核反應堆有十三個成員,其中只有一位女物理學家倪歐娜(Leona Marshall),倪歐娜的科學貢獻與吳健雄相去甚遠,有個故事可為註腳。費米一次說起,「女性物理學家有兩種,其中一些是女性,其他是物理學家。」在場的倪歐娜馬上問,「我是什麼?」費米說,「你很好。」

一九四五年由歐本海默(R o b e r t Oppenheimer)領導的「曼哈頓計畫」成功發展出原子彈後,被稱為「超級炸彈」的「氫彈」已在進行,七年後「氫彈」的試爆成功,一般認為泰勒(Edward Teller)貢獻很大,因此有人稱他是美國的「氫彈之父」。其實就某種意義上來說,「氫彈」可以說是一個過時的名詞,因為目前擁核國家的核子武器,是利用內部先引爆一個原子彈的熱能震波,再產生一個核融合反應爆炸的武器。

1954年,美國在馬紹爾群島試爆第一顆氫彈「Castle_Bravo」(維基百科)
1954年,美國在馬紹爾群島試爆第一顆氫彈「Castle_Bravo」(維基百科)

上世紀二戰之後,利用可控制核融合發電的研究便在大力進展,由於要把溫度高達攝氏一億度高溫高壓電漿,拘束在一個反應器中,並且持續產生核融合反應的難度太高,因此在核融合研究圈中流行著一句話說,核融合的成功是「十年到四十年」,這種說法幾十年前如此,目前依然如此。核融合反應研究的耗資龐大,成功卻是渺渺無期,因此時不時的就會出現所謂「反應輸出能量超過入能量」的「所謂」「大突破」消息,為的無非是爭取未來一期的研究經費。 (相關報導: 俄烏戰爭週年:傳習近平本月訪問莫斯科,北京「不予確認」 更多文章

目前各國投入核融合發電研究的主流技術方向,利用的是由俄國科學家發展出來的「托克馬克」反應器,簡單說,就是利用高強磁場,把高溫高壓的電漿,拘束在有如甜甜圈的反應器內腔之中,使其發生核融合反應。過去半個多世紀,美、俄、中、日本以及歐洲聯合等國都有自己的「托克馬克」反應器,一九八五年我曾經在倫敦附近,參訪過「歐洲聯合核融合反應器」(JET),丁肇中還介紹我訪問了當時的主任。目前由歐盟、印度、日本、中國、俄國、韓國和美國共同出資,在法國南部設立了一個ITER核融合計畫,預計二○三五年可以將電漿注入熱核反應器中。

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