想要实现可控核聚变,必须同时满足一个极其苛刻的条件,即“劳伦逊判据”:极高的温度、足够的密度、以及足够长的约束时间。简单来说,就是要把一团超过一亿摄氏度的等离子体燃料,在足够高的密度下,稳定地“关”在一个地方足够长的时间,让原子核们有充分的机会发生聚变反应,释放出巨大的能量。
为了实现这个目标,全球的科学家们主要走了两条技术路线。
第一条,是“磁笼”路线,即磁约束核聚变。
主流装置是“托卡马克”(tokaak)。它的原理就像是用一个无形的、由强大磁场编织而成的“笼子”,将那团上亿度的等离子体悬浮在反应室的中央,不让它接触到任何实体物质,否则任何材料都会被瞬间汽化。
这条路线稳扎稳打,是目前最有希望实现商业化的方案,但它的巨大挑战在于等离子体本身极度不稳定,像一头狂躁的猛兽,随时可能挣脱磁场的束缚,导致“约束破裂”,前功尽弃。
第二条,是“惯性”路线,即惯性约束核聚变。
它的原理更像一种“暴力美学”。它使用数百束超高能量的激光,在纳秒之内,从四面八方同时轰击一个比米粒还小的燃料靶丸。巨大的能量将靶丸瞬间向内压缩数千倍,使其中心产生足以引发核聚变的超高温和超高压。在靶丸因自身惯性而四分五裂之前,聚变反应就已经完成。
这条路线的难点在于能量转化效率极低,每次点火都需要消耗巨量的能量,离“能量增益”的目标还很遥远。
陈启明的嘴角,勾起了一抹了然的微笑。
“原来症结在这里。”
“托卡马克的设计,有一个‘原罪’。”他自言自语,眼神锐利如刀,“它为了维持等离子体的环形形态,必须在等离子体内部感应出一个巨大的电流。然而,这个电流本身就是最大的不稳定源头,是导致各种宏观不稳定性乃至最终破裂的元凶。试图去控制一个 ily unstable(天生不稳定)的东西,无异于在沙滩上盖高楼。”
那么,解决方案是什么?
陈启明的脑海中,一个颠覆性的方案如闪电般划过。
“既然无法完美控制,那就不要去‘死控’,而是去‘引导’和‘适应’!”
一个全新的概念在他的脑中成型
“动态自适应磁场拓扑”
他不再试图用一个固定的、僵硬的磁场去强行约束等离子体。而是通过在反应室周围密布数万个超导微线圈,并由一个拥有超强算力的量子AI进行控制。这个AI会通过高精度传感器,实时监测等离子体内部亿万个点的能量、密度和磁场扰动,以微秒级的响应速度,动态地调整每一个微线圈的电流强度和方向。
这就形成了一个“活”的磁场笼子!
当等离子体内部出现一丝一毫的不稳定苗头,想要“逃逸”时,周围的磁场会瞬间变形、加强,像一只温柔而又无比坚定的手,将它“推”回去。这个磁场永远比等离子体的骚动快一步,从而从根本上杜绝了“破裂”的发生!
解决了稳定性的问题,陈启明又将目光投向了效率。
“传统的环形托卡马克,太臃肿了,大量的磁场能量被浪费在环的中心空洞区域,磁场利用率极低。”
他的手指在空中勾勒出一个新的形状。
一个完美的球形。
“采用更紧凑的球形托卡马克结构,并在此基础上,实现稳定的‘场反转构型’(FRc)。”
这个构型是磁约束领域一个极其前沿但极难实现的概念。它能在等离子体内部形成一个自组织的、闭合的磁场结构,就像一个天然的“磁泡”,将最炙热的等离子体核心高效地自我约束起来。外部磁场只需要起到辅助和稳定的作用即可。
这意味着,可以在更小的体积、更低的外部磁场强度下,实现更高的等离子体参数,从而达成聚变条件!
“动态自适应磁场拓扑”解决了“稳定性”的终极难题。
“球形场反转构型”解决了“效率”和“小型化”的核心问题。
当这两个天才般的设想在陈启明的脑海中完美结合时,通往可控核聚变终极能源的大门,已经被他一脚踹开!