@ 2015.11.03 , 15:00
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德国即将点亮革命性核聚变机器

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60多年来,科学家们一直梦想着一种永不枯竭的清洁能源形式:核聚变。

而他们还在梦想着。

但是感谢普朗克研究所在等离子体物理学上的努力,专家们希望这可能会很快改变。

去年,经过110万施工小时,该所完成了世界上最大的称为仿星器的核聚变机器。

这台直径52英尺(15.85米)的机器名叫W7-X。

经过一年多测试,工程师们终于准备好首次点亮这台11亿美元机器,据《科学》报道,这可能在10月底前就能发生。

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核反应堆中的黑马

仿星器在等离子体物理学界被称为核聚变反应堆中的“黑马”,它恶名昭彰地难以建造。

下面显示了W7-X历时19年才造完的众多不同层次:

从2003年到2007年,该项目在建设期间遭受了一些重大挫折——包括承包制造商之一倒闭——几乎导致整个项目取消。

建造仿星器的尝试屈指可数,而建成的甚至更少。

相比之下,仿星器更受欢迎的表亲称为托卡马克,却得到广泛使用。世界各地有超过三十六台托卡马克正在运作,而史上一共曾建造过200多台。这些机器更容易建造,而且在过去作为核反应堆比仿星器性能更好。

但托卡马克们有一个重大缺陷,而W7-X据说对此是免疫的,预示着这台最新的德国机器怪兽可能会是一个游戏规则改变者。

核聚变反应堆如何工作

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托卡马克装置一般示意图。注意它比仿星器层数更少,而且磁线圈形状也不同。

任何一种核聚变反应堆成功的关键是生成、约束和控制一坨称为等离子体的气体,它被加热到1.8亿华氏度(1亿摄氏度)以上的温度。

在这种炽热温度下,电子被从原子上扯下,形成等离子。

通常情况下,离子们会像碰碰车一样互相弹开,但在这种极端条件下它们间的排斥力就能被克服。

因而离子就能互相碰撞并融合,产生能量,你就完成了核聚变。今天的核反应堆的燃料不同于核聚变,它的运作能量来自于原子衰变或裂变,而不是融合。

核聚变过程驱动了我们的太阳约45亿年,并且还将继续约40亿年。

一旦工程师们在反应堆中加热气体到适当温度,就使用超低温冷却的磁线圈产生强大磁场约束和控制等离子体。

例如,W7-X装有50个六吨重的磁线圈,在下面的GIF中显示为紫色。等离子体被约束在红圈内:

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托卡马克和仿星器的区别

因为托卡马克的磁线圈配置比目前运作中的仿星器能更好地约束等离子体,它多年来被认为是以太阳的方式产生能量的最有前途的机器。

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W7-X示意图。

但是有一个问题:托卡马克只能短暂爆发地控制等离子体,持续不超过七分钟。而生成等离子体所需的能量比工程师们能从这些周期性爆发中得到的能量更多。

因而托卡马克们消耗比它们所产生更多的能量,这可不是你想要的已被吹捧为“未来千年中最重要的能量来源”的核聚变反应堆。

因为仿星器的设计,专家们猜测它能一次性维持等离子体至少30分钟以上,这比任何托卡马克都长的多。法国的托卡马克装置“Tore Supra ”目前保持着6分30秒的记录。

如果W7-X成功,它将改变核聚变界的方向并把仿星器推到聚光灯下。

“全世界正等着看我们是否能达到约束时间,并保持更长的脉冲,” 普林斯顿等离子体物理实验室的仿星器首席物理学家David Gates告诉《科学》。

下面是W7-X建造的延时视频:

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本文译自 BsinessInsider,由译者 王丢兜 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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TOTAL COMMENTS: 92+1

[2] 1 »
  1. 无齿之徒
    @2 years ago
    2979583

    这真的不是钢铁侠吗?

  2. 美食家18
    @2 years ago
    2979461

    快点打开好不好,我每天泡在实验室和一堆化学材料在一起是为了变闪电侠的!

  3. 2978306

    人造太阳不遥远了

  4. 2977905

    @王丢兜: “它出了名的难以建造”你觉得这个如何。
    我想“恶名昭彰”和“声名狼藉”在这里的话,从易读性上来讲都不太合适。这种文邹邹的词汇更适合放在“XX人恶名昭彰”这种地方,一个句子里面要是有很多成语/习语/艰深词汇会影响阅读的流畅性,不太适合煎蛋这种轻松阅读的气氛。

  5. 2977571

    @123: “其建造难度之高声名狼藉”?你有什么更好的建议吗?

  6. 2977063

    “它恶名昭彰的难以建造。”请不要翻译得这么屎好吗?谢谢

  7. 神之疯神
    @2 years ago
    2976114

    @王丢兜: 我也就多嘴一句,你的问题在于中文水平太差,很多完全不符合中文习惯的表述你认为是很正常的。个人而言你的文章可以节约我的时间,但是真的要说你翻译水平实在有待提高

  8. needupapoit
    @2 years ago
    2976060

    有几位评手,去哪个幽谷翻到的核物秘籍,内容和原装科学颇为不同,请再认真核对一点好么。

    什么质量不足以实现引力约束核聚变的可通过约束能量来让它产生自发的引力约束持续核聚变,质量跟引力的关系居然能够这样乱伦?
    人家那是惯性约束,把物质以高速驱动实现向心压缩,获得足够高密度高压力的核聚变条件,并靠物质的惯性维持此条件若干时间,对质量的要求很宽松,只要你有本事把多少丢儿的物质压缩得满足条件,就只需要这么丢儿质量。

    说太阳不能烧氦的,不是很妥,只符合目前的太阳状况。
    太阳那类的恒星在生命周期的初段几乎都是氢氦组成,结构密度太低,造成物质间距太大,被间距极其硬性调控的引力表现水平随之太低,无法把物质压缩到太高密度,对热能散失的屏障作用偏弱,因此星内密度温度只够满足烧氢类型的核聚变。
    而烧氢聚变的产物是更重的氦碳氮氧之类原子,在极小的原子核区域放置比氢元素多几倍甚至几十倍的中子质子,实现物质的大幅度压缩,当恒星烧了足够久,这种重元素化的反应结果积累太多,星内物质在整体上大幅提高密度,造成引力表现水平和隔热性能大升,把物质压缩到更高密度,且温度大涨,满足超氢元素核聚变的条件,就能烧氦,甚至烧碳氮氧,这时就是常吹的“地球末日”的太阳变成红巨星的阶段,因为超氦元素被烧得很不温柔,点火药似的容易爆燃,火苗大跳星球陡胀,体态暴富,来吞地球了。

  9. 2976030

    @penguin: 我觉得槽点就是这货的腔体和线圈怎么就这么扭曲,用超算跑出来的设计为什么整个一个蒸汽朋克风,那张图里的工程师如果再戴一副维多利亚时期护目镜就帅爆了,未来科技居然是如此充满古风。

  10. 2976027

    @lefteris: 谢谢,我也觉得这是个问题,一直在尝试添加各种连词来组织句间逻辑关系,看来这是个正确的方式,会继续尝试。

  11. lefteris
    @2 years ago
    2975987

    @王丢兜: 才注意到这么多人对翻译不满。首先先感谢下劳动成果啊。个人觉得句子翻译没什么问题,主要是上下文的衔接。目前的文章每句话都像是独立的,因为原文就是这样啊。一句话一段。。

  12. penguin
    @2 years ago
    2975958

    @老猫不发威: 只要看懂一点就可以。旧型的(托卡马克) 比较容易建造,但很难维持输出时间,最多6分30秒。新型的(仿星器)很难建造,但可以维持高输出时间,可能至少布30分钟。结轮,核骤变有机会得净输出,有机会进入实用阶段。

  13. 2975913

    @Sam: 施工小时,按每天8小时,每周5天计算吧
    所以1100000/8/5/52/19=27.8
    平均30个德国人干了近20年

  14. 2975721

    @绝念梦依然: 氦3点不燃,太阳都烧不了氦3,因为需要的启动能量太大,还是老老实实的用好氕氘氚吧。

  15. 悬岳
    @2 years ago
    2975712

    @Velor: 我还真去查了一下:“合肥超环”,2013年退役,服役20年。赶脚还蛮屌的

  16. 2975657

    没有人提一下合肥的托卡马克吗……

  17. 2975646

    马克走到死路就翻出陈年旧货炒作,看人类有没这运气吧

  18. 2975625

    @wkydz:
    既不对称也不简单——真丑
    完全不明白你为什么会发出“真漂亮”的感慨……

    我是写代码的。通常一段代码如果看上去复杂又没有“对称”感,那就是说写这段代码的人还没有完全想明白如何解决那个问题,只是用了大量的“补丁”去保证代码不出错而已

    [1] XX [12] 回复 [0]
  19. 2975612

    @atlasge: 这篇 http://news.sciencemag.org/physics/2015/10/feature-bizarre-reactor-might-save-nuclear-fusion

    里面的干货比这几天这一波二次报道多多了,英文字数2k,翻译出来3.2k左右,当时见字数偏多就懒了。

  20. 悬岳
    @2 years ago
    2975610

    @客观人士: 用磁场隔离高温等离子,不用物理接触,所以不用不上耐一亿度高温的材料,应该也不存在那种材料

  21. 悬岳
    @2 years ago
    2975609

    @王丢兜: 不要根他们计较,都是群光说不练的逼逼狭,喷人时口气大的感觉一个个英语都20级,可一说让他们自己译几篇大部分人就全哑了。这几天评论区发生了什么明眼人都看的清,我相信理性的蛋友一定多过他们。

  22. atlasge
    @2 years ago
    2975598

    @王丢兜: “科学上的原始报道”,链接有吗?

  23. 2975587

    @Joe: 你不组织大妈去要求拆除线圈反辐射么….

  24. 客观人士
    @2 years ago
    2975575

    我很好奇材料是怎么耐高温的

  25. 毛茸茸
    @2 years ago
    2975563

    合肥科学岛上受控站的兄弟说他们也快达到实用阶段了

  26. 2975535

    @ajd: 这就对了,to make a point, 这几篇文章我特地关闭了所有电子翻译和字典工具,完全是空手做的。自己感觉的差异有两点:
    1. 因为没有对比工具核对释义的工序,速度略提高,劳动投入略低
    2. 自我感觉贴近原文含义的程度降低,与原文间隙有点拉大,觉得有点偷工减料降低质量的惭愧感觉,当这是我的主观看法,别人可能完全不这么认为。

    结果,说我机翻的,还是在说我机翻,所以,唉,真的是疑人偷斧,上次实在忍不住了声明一下翻译观点,结果没有一个人正面回应讨论,全是态度立场诛心问责的套路,幸亏我只是一套翻译程序,没有你们人类的情绪反应。

    [30] XX [2] 回复 [0]
  27. 2975528

    @神响: 这个,本文说的就是这台仿星器W7-X比传统一大波托卡马克牛逼啊,可能是原文就逻辑比较不清楚让你看溜了吧。其实科学上的原始报道更精彩,可惜篇幅实在太长没有精力翻,只能等了一两个星期等下一波媒体转发翻译他们缩写的,可惜真的没味道很多。

  28. magicxqn
    @2 years ago
    2975524

    在10月底发生,都快1111了,谁能告诉我这事成了吗!

  29. cloudwalkerfree
    @2 years ago
    2975514

    @: 没有载体,人类哪有这技术能做出承受1亿度的材料,所以用磁场将其约束在隧道中(不知怎么称呼)

  30. 悬岳
    @2 years ago
    2975500

    @我先不杀你: 在网上检索了一圈,都没有相关的后续报道,很想知道点火结果,焦急呀

  31. 悬岳
    @2 years ago
    2975497

    忒漂亮了,只看第一张图我还以为是《攻壳机动队》的概念稿呢

  32. 小王
    @2 years ago
    2975493

    FreeDome机要出世了

  33. 2975480

    隐约感觉点火瞬间会毁掉银河系一样

  34. race2fly
    @2 years ago
    2975452

    @简单繁琐: 125.75个人不眠不休不尿尿干了一年~

  35. 缤缤
    @2 years ago
    2975443

    看完评论才真正的吃惊了,觉得自己好无知啊

  36. 街角森林
    @2 years ago
    2975432

    @哈哈 日本这些装置好像电子温度都不太行,貌似之前的等离子束缚实验都是低功率运行的

  37. 简单繁琐
    @2 years ago
    2975421

    @Sam: 125.75个人一年不知道行不行

  38. you_know_who
    @2 years ago
    2975394

    托卡马克,仿星器,激光点火!

  39. 梦游的肥皂泡
    @2 years ago
    2975371

    @我先不杀你: 然而光棱射程远

  40. JimmyChan
    @2 years ago
    2975351

    @ajd: 我也赞同事儿君的版本通俗易懂,但话虽如此,我觉得王小编的这篇蛋文已经比近期的通畅多了,要点赞一个

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