03.11 14歲神童造出核反應堆,或許沒你想象得那麼難?


14歲神童造出核反應堆,或許沒你想象得那麼難?



一個14歲的少年能做什麼?

上學,玩遊戲,又或者做各種叛逆的事?

也許很難想象,有人在這個年紀就造出了核反應堆。

94年出生的他,成為了世界上第32個成功製造出核反應堆的人。


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你第一反應便是,這是不能與普通人相提並論的當代少年神童。

很多人更是將他的成就誇得天花亂墜,以至於混淆了一些概念誤導大眾。

實際上在信息發達的當下,他的成功也沒有想象中得那麼艱難。

但不可否認的是,這位少年的經歷對未來他的同齡人來說有著里程碑式的意義。


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“我想要一架真正的起重機。”

5歲的泰勒·威爾遜向家人說出了自己的生日願望。

聽起來就無厘頭的要求,無疑是在為難這個普通的美國家庭。

他的父親是可樂瓶蓋工廠的老闆,母親是瑜伽教師。

但為了滿足他的熊願望,父親真就喊朋友開來了6噸的起重機。

小泰勒還坐在駕駛員的膝蓋上,有模有樣地擺弄著控制裝置。


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不用一週,10歲的泰勒就記住了元素週期表上所有的原子序數、原子量和熔點。

一次家庭聚會上,他身穿印花實驗服,手拿醫用刺血針。

然後大膽地提出要給當場所有人取血,以配合他書本上的實驗室。

當時大家都懵了,但耐不住他的熱情,就伸出手指頭讓他刺了一下。

這還算什麼,他11歲的時候就當著全家人的面,點燃了自制的炸藥。


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一陣轟隆的聲響嚇壞了周圍的鄰居。

見到這情況,他的祖母擔心他繼續搞下去會出什麼亂子。

為了讓他引以為戒,她送了泰勒一本科幻小說《輻射童軍》。

故事中一個美國男孩在自家後院建造核反應堆。

結果他因製造噪音和汙染環境而被警察叔叔抓走了。


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泰勒對它迸發了無限的熱情,並立志自己要造出一個核反應堆。

父親知道後也沒反對,還幫他將車庫改裝成實驗室。

此外,他還帶著泰勒去核工廠,去墨西哥的沙漠裡找鈾礦石等等。

他從網絡上收集關於核反應堆的一切信息。

不光如此,他還收集了各種稀奇古怪與放射性相關的玩意放在車庫裡。


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當父母質問這些物品的安全性時,泰勒則用一堆複雜費解的術語回應。

比如平方反比定律、距離強度、時間劑量和倫琴因數等等。

如果說過去的支持是為了培養興趣,但泰勒有點走火入魔了,可能造成危險。

於是,他的父母決定讓他前往內華達州的戴維森學院上學。


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戴維森學院,一所專門為天才設立的學校


在這裡,他遇見了原子物理學家羅納德·法諾夫(Ronald Phaneuf)。

初次見面,泰勒就直言不諱地說自己想在自家車庫造出核反應堆。

這可把這位教授嚇壞了,但他並不想打擊泰勒的信心。

所以,羅納德便邀請他學習自己的高等核物理課程,並開放了自己的實驗室。

在他的幫助下,泰勒還與一位核工程師卡爾·威利斯(Carl Willis)取得了聯繫。

他是世界上第十個建造過運作可控核聚變反應堆的人。


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說幹就幹,泰勒幾乎每天都在實驗室裡設計核反應堆。

等到了解完理論知識後,他開始和兩位前輩一起尋找設備。

他們先是找到了製造核反應堆的高真空容器,高壓電源以及高壓絕熱器等等。

剛過14歲的生日,泰勒就順利建造了一個可控核聚變反應堆。


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一時之間,媒體將目光聚焦在他的身上,溢美之詞如潮水般湧來。

這位14歲的少年在當時一舉成為美國人民眼中的天才。

甚至有人將他比作是少年愛因斯坦,未來將對核事業做出重大貢獻。

但也有許多質疑聲紛至沓來,一個14歲的少年怎能造出核反應堆呢?


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可以是可以,但他建造的核反應堆和我們理解的有出入。

我們知道核電站之所以能發電,是利用核裂變或核聚變反應(核聚變尚未實現)所釋放的能量產生了電能。

這種叫做自維持可控核聚變反應堆,能持續提供能量。

但如果只是為了誘發核聚變,而非為了發電,甚至根本沒嘗試利用任何輸出能量。

一般這被稱作是可控核聚變反應堆,這也是泰勒建造而成的。


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他所利用的是一種叫Fusor的核聚變技術,又被稱為慣性靜電約束聚變反應堆。

它是一種核聚變技術,以電場來加熱等離子,以誘發核聚變。

電場對帶電粒子(離子或電子)做功,就能將它加熱,直到發生核聚變反應。

這種裝置通常會採用球面設計,讓帶電粒子在其內部可以加速運動。

電場可能用線柵產生,或是由非中性的等離子云來產生。


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Fusor裝置


具體說來,它是用高壓電和球形電極來促使氘電離並使氘進行核碰撞,從而產生少量的中子。

由於這東西輸入比輸出高的多,能等同於一箇中子源。

與真正實用的反應堆不同,它是一種廣泛流傳的“娛樂型反應堆”。

如今,能成功製造了這種核反應堆的青少年並不在少數。

比如,美國密歇根州的Thiago David Olson,懷俄明州的 Conrad Farnsworth都是在18歲之前造出了核反應堆。


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Thiago David Olson


網絡上也有不少指導自制核聚變反應堆的資料。

對真正在核領域耕耘的核專家來說,這個裝置其實並不難做。

比如商業用中子發生器用的就是類似的原理。

因為它很難真正實現對外供能。

但對於這位14歲少年以及他的同齡人來說,它更主要的意義是教育。


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在研究核聚變的同時,泰勒產生了一個靈感:核反應堆製造能檢測出武器的中子。

通過用中子掃描其中裝載的貨物,判斷集裝箱裡是否有武器,從而有效防止武器走私。

兩年後,泰勒設計和發明了核聚變武器探測器,並在英特爾國際科學與工程大獎賽上展出。

憑藉著該發明,他還成功受到了奧巴馬的接見。

此外,他還製作了利用核放射治療癌症的儀器等。


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然而以上成績只是剛剛開始,泰勒真正想要投身的是核能事業。

眾所周知,人類最主要的能源是化石能源。

但其消耗造成了嚴重的溫室效應和環境汙染,對人類的生存和可持續發展能力提出了嚴峻挑戰。

相比之下,核能發電是一種清潔能源。

但因為技術要求較高,核能在能源生產和使用中佔比較低。

14歲神童造出核反應堆,或許沒你想象得那麼難?

(2012年 世界電力生產來源構成圖)

對於亟待解決的能源環境問題,90後的泰勒給出了自己的答案,實在是後生可畏。

2013年的TED上,他充滿熱情地介紹了自己將設計的小型核裂變反應堆。

這是一種功率為50—100兆瓦的小型核反應堆,將為10萬個家庭穩定供電。

14歲神童造出核反應堆,或許沒你想象得那麼難?


實際上,很多人將小型核反應堆視為“核能工業的轉折點”。

它在未來將為核能行業增添新的發展空間,開創了核能多用途的新時代。

要知道,傳統核電站利用高壓系統,使水蒸氣帶動渦輪旋轉產生電力。

其電能轉換效率只有30%-35%,並且每隔一年半就需要向其中填充燃料。

而泰勒設計的小型核反應堆,預計是一次燃料供給後可持續工作30年。


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根據他的構想,泰勒設計的核反應堆為全封閉式,底部的能源供給完全被埋入地下。

從理論上而言,它能最大程度地減小了事故可能造成的損害。

因為傳統的核電站因在地表且高壓,稍有不慎就會造成嚴重的核洩漏或爆炸。

比如2011日本福島就發生了嚴重的核電站洩露事件。


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此外,他設計的小型核反應堆,用氣體而非蒸汽驅動渦輪旋轉。

這意味著反應堆系統的溫度低於傳統核反應堆。

倘若出現缺口的話,不會噴出任何東西,使得小型核堆更加安全。

當然,這些只是泰勒的設想,實踐還有一定的距離。

但不要緊,泰勒現在也才25歲而已。而他也於2017年成為一個專注於執行改善世界的項目中的一員。


14歲神童造出核反應堆,或許沒你想象得那麼難?



需要再次重申的是,泰勒小型核反應堆的設想是利用核裂變發電。

顯然,一些報道將它和他14歲時建造的可控核聚變反應堆混在了一起。

於是,就有了90後少年即將攻克核聚變發電這一世界級難題的噱頭。

所以,當這樣誤導的報道出來時,難怪都會打上一串串問號。

要知道,核聚變發電是國際熱核聚變實驗反應堆項目ITER正在研究的事。


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儘管沒有媒體上報道的那麼傳奇,但泰勒還是比同齡人厲害了很多。

當他的父親在談到泰勒的教育時說道:泰勒基本是靠互聯網上不斷自學的!

誠然,如果沒有當初家人以及身邊人的大力支持,他的成材之路也沒那麼順暢吧。

Taylor Wilson.wikipedia.on 23 February 2019, at 17:08 (UTC).

Fursor.Nuclear fusion.Wikipedia.on 25 February 2019, at 18:10 (UTC).

戴維森學院的天才聚變小子泰勒·威爾遜 2012-04-03 12:04:52 來源: 網易探索

小型核反應堆開創“核能新時代”.中國能源報.2013-04-10




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