章 節目錄 一一二、核工程(一) 文 / 憤怒之翼
1936年春節假期，鳳凰大學城寒假假期，很多學生已經返回家去。不過很多教授則留在了特區。這些教授大部分都是帶著家屬過來的，而且特區冬天的時候，氣候暖和，比北平舒服的多。而且寒假特區的c級圖書館對教授們開放，這對這些求知如渴的教授來說有著致命的誘惑力。
吳大猷在來特區之前就對核子能態有一定的研究，不過，只從c級圖書館開放之後，他才知道自己對核子的理解有多少的膚淺，即使一本普通的「原子核基礎」裡面涉及的知識就遠遠超出了他的認知。
令他不解的是電子書上的作者他甚至沒有聽說過。以這本書的價值，即使給他頒發諾貝爾物理學獎也是不過分的。可這樣的大學者就然籍籍無名！
剛開始對c級圖書館閱讀權限要簽署保密協議非常不解，但是現在有點明白了，這豈止是圖書館，這裡的知識足以讓全世界科學界瘋狂。所有有資格獲准進入c級圖書館的教授們，各個變成了瘋子，吃飯都是打電話喊自家老婆送到圖書館門口，匆匆扒幾口，又鑽進了圖書館。這種現象好幾個家屬都給大學城管理中心提出了意見。強烈要求吃飯時間閉館。
大年初一至大年初六，圖書館實施了閉館。
初七，九點鐘不到，所有教授都在門口等起了。吳大猷還帶了幾個饅頭打算中午吃，不回家吃了，爭取開學前看完《原子激發態、能態光譜特徵》。
留特區的幾大高校物理系教授，這段時間經常自發聚集在一起討論物理學。所以，每天排隊的時候，幾大專業總是一堆堆聚集，討論的問題都是跟專業相關。
吳大猷說道：「原子處於激發態時，可以通過特殊手段升級原子的能態，從而對特定原子進行捕捉和純化。這是不是說明純正一種方法對於不同同位素直接標定和實現分離。」
饒毓泰略有所思，答道：「如果原理可靠，確實是這樣。但是能夠直接躍升原子能態的方式存在嗎？」
周同慶這段時間在研究神奇的激光，各種分子激光和原子激光都讓他非常著迷。他接著說道：「或許用激光可以直接對處於激發態的原子升級能態。」
其他人仔細回顧了裡面學到的知識，都紛紛點頭，承認這種設想的可能性。
楊正午教授，原重慶號航母核動力首席科學家，現特區自然科學院核工程分院院長。五十多歲的年紀，是原來中國熱聚變商業應用技術的奠基人之一，隨航母出航的主要原因是研究，航母採用熱聚變反應堆的可行性。
沒想到這次研究成了他不可返回的旅程。應該說，在自然科學院的各個學科中，他是比較幸運的，畢竟核動力航母和核動力潛艇上有很多核動力專業的技術官。所以，當組建自然科學院核工程分院的時候，他們的分院是技術最為強大的分院。
楊正午院士很清楚，對於他們分院來說實用核工程的難點幾乎沒有，設計階段有完整的商用堆的詳細數據。反應堆的建造也沒有什麼技術難題，運行和管理都有成熟的流程和規則。
那麼在這個時空，目前的技術水平，唯一制約特區上反應堆的就是機電自動化，以及大量定量試驗科學家。
機電自動化，這個領域他不管了，自然科學院機電分院正在全力進行技術攻關，這對於擁有完整數據，擁有大型計算機，和合格鋼材之後，都是時間問題。據說他們已經複製出了不少九十年代水平的數控機床。
而微電子分院的同事們，也實現了單晶硅的量產，當然，離大規模商業應用還有距離。但是，為核工程提供足夠的集成電路是沒有問題的，再不要求成本，不要求好看的情況下，可靠的成品只是時間問題。
對於楊正午教授來說，他需要大量的合格的，有科學頭腦的幫手，他的目標是商用核聚堆，目前正在建設的商用四代壓水堆不過是練手用的過度產品。他的使命是為特區建設商用的熱核聚變堆，這樣在月球收集的原材料才有現實意義。才能保證特區在足夠長的時間內有足夠的廉價電，並保證月球計劃的足夠商用價值。
楊正午教授徑直來到那堆物理學教授中，摘下自己的帽子。給眾人打了個招呼。
「鳳凰城的冬天很難得這麼冷，我是楊正午，也是學物理的，大家討論到哪裡了？」
吳大猷打量了一下這個精瘦的矮個子，看過去應該比他年紀大，或許是五十多或者六十多，不過這個名字好像他在哪裡看到過。
饒毓泰跟楊正午年齡相仿，這堆教授中也是他年紀最大，聲望最高。
他說道：「楊教授，幸會。我們正在討論原子能級光譜。」
楊正午：「哦，是個不錯的問題，涉及到了能級躍遷。您是饒教授吧，您的大名，我早就聽說。」
楊正午說的不假，他讀大學的時候，還有學過饒毓泰主編的原子光譜，算是徒孫級的。楊正午確實是站在這些巨人身上的巨人，但還是對這些教授保持了足夠的敬意。
吳大猷在一邊驚呼：「我想起來了，圖書館有一本《熱核聚變原理》的作者就是楊正午。莫非您就是楊教授。」
楊正午與吳大猷握了下手，說道：「吳教授，我對你也是神交已久了哦。」
物理系的那些教授都露出了震驚，這些連裂變都沒搞清楚的人，見到搞熱核聚變研究的人，還不認為泰山北斗級的宗師。
楊教授是搞研究的，他最搞不懂人際關係，也受不了這種目光。接著說道：「各位，有沒有興趣去我的實驗室參觀一下？」
楊教授的實驗室不遠，就在自然科學院大樓。
這個地方吳大猷他們都是看見過的，日常這裡的入口都有警備部隊守門，戒備森嚴。這次有幸能夠參觀這裡，眾人都很興奮。
進去的眾人都進行了身份證掃瞄和指紋掃瞄，進入一樓大廳，楊正午帶他們進了足以容納三十人的大電梯。
不過吳大猷他們很快發現，電梯並不是往預想的上面走，而是往下面走。這個電梯足足往下行走了五分鐘左右，雖然感覺不到速度。但是吳大猷從開始的加速度，略略做了估算，他們起碼是在幾百米的地下。
電梯門一開，裡面燈火通明。
這是一個開放式的巨大空間，佔地面積或許有幾十萬平方米，高度足有十米。眾人在楊教授的指導下，坐上了電動觀光車，沿著中央最大的通勤通道，一路往最遠處參觀過去。
楊正午指著一側最顯著的設施說道：「這是我們實驗室最重要的裝置：環流1號b裝置，這是一種磁約束核聚變裝置，核聚變的原理大家看了嗎？」
吳大猷和其他教授都乖乖的點頭，閉館那段時間他們還討論過核聚變的原理，知道一點皮毛。
楊正午接著說道：「其實核聚變很簡單，當質量輕的原子（主要是指氫的同位素氘和氚）在超高溫條件下，發生原子核互相聚合作用，生成較重的原子核（氦），並釋放出巨大的能量。1千克氘全部聚變釋放的能量相當11000噸煤炭。這個過程其實很容易就實現了。問題是我們需要讓他持續的可控的釋放能量。我們這個裝置就是要實現這個目標。」
吳大猷對熱核聚變理解的最深，他非常清楚這個過程，對於原子聚合所需要的熱量做過推算，沒有數十億度高溫，原子發生聚合是不可能的，要完成聚合必須是原子達到瘋狂的布朗運動。
吳大猷問道：「教授，您的意思，這個裝置可以把氘元素加溫到聚合反應所需的溫度？」
楊正午眼睛一亮，看了眼吳大猷，笑著說道：「沒錯，這個裝置就是通過磁約束，讓原子迴旋加速，直到獲得足夠的動能，由於都是正電荷，相互排斥，所以讓原子在狹小空間內自由的跑，只要達到足夠的動能，相互擁擠的原子不得不發生接觸，只要當它們之間互相接近的距離達到大約萬億分之三毫米時，核力（強作用力）就會伸出強有力的手，把它們拉到一起，從而放出巨大的能量。」
吳大猷一拍掌說道：「對啊，雖然要把物體加熱到足夠溫度很困難，但是離子態的粒子瘋狂加速，一樣能夠獲得足夠的克服斥力的能量，從而完成聚合反應。」
其他人也不慢，很快明白了吳大猷的意思。
吳大猷又問：「教授，那產生的能量如何釋放出來被人們使用呢？」
楊正午指著那個裝置後面一個汽輪機組說道：「氚的原子核和氘的原子核以極大的速度，**裸地發生碰撞，結合成1個氦原子核，並放出1個中子和17.6兆電子伏特能量。這個過程，你們應該在書上看到了，計算方程也有詳細說明。
這些放出來的能量怎麼辦？
反應堆經過一段時間運行，內部反應體已經不需要外來能源的加熱，核聚變的溫度足夠使得原子核繼續發生聚變。這個過程只要將氦原子核和中子及時排除出反應堆，並及時將新的氚和氘的混合氣輸入到反應堆內，核聚變就能持續下去；核聚變產生的能量一小部分留在反應體內，維持鏈式反應，剩餘大部分的能量可以通過熱交換裝置輸出到反應堆外，驅動汽輪機發電。這就是熱核聚變的可控原理。」
吳大猷接著問道：「教授，據我所知，在地球上獲得足夠的氘和氚元素並不容易，那麼這樣的裝置有意義嗎？」
楊正午說道：「這個問題問的好！自然界中要獲得氘難度不大，海水中就有足夠的氘，只要富集、電解和精餾之後，可以獲得足夠的氘原料，但是我們發現氘－氘反應太猛烈了，他只能成為武器的原料，目前的技術做不到商業使用。但是我們發現氘－氚反應，比氘－氘反應溫柔的多，點火溫度也比氘－氘反應來的低，以現在的技術可以實現可控反應。所以，關鍵問題是氚哪裡來？氚半衰期只有12.26年，地球上沒有這種元素。怎麼辦？
目前有兩種方案有商業利用價值。一種方案就是利用鋰－6和鋰－7，在被中子轟擊之後，就會裂變，他們的產物都是氚和氦，在聚變反應堆內，氚和氘反應後，除了形成一個氦原子核之外，還有一個多餘的中子，並且能量很高。我們只需要在核聚變的反應體之內保持一定比例的鋰原子核濃度，那麼核聚變產生的中子就會轟擊鋰核，促使鋰核裂變，產生一個新的氚，這個氚則繼續參與氚－氘反應，繼而產生新的中子，鏈式反應形成了。所以，理論上我們只需要給反應體提供兩種原料：氘和鋰，就能實現氘－氚反應，並且維持它的進行。
另外一種方案就是，直接在月球上採集氦3。在月球表面有大量被太陽風吹過來的氦3，用氦3也可以代替氚作為核聚變燃料發電，氦3是穩定的核素，很安全，氘與氦3反應後釋放出來的是質子，有利於安全防護和控制，可大大降低危險性。」
吳大猷眼睛一臉，接著疑惑的問道：「教授，第一種方案好像會產生難以想像的熱量，能控制住嗎？用氦3作為原料，反應速度會慢很多，不用考慮超高溫的問題，倒是非常不錯的想法，按您所說，這東西在月球，對我們來說有意義嗎？」
楊正午神秘的一笑，沒有解答這個問題。繼續帶著他們向前面參觀。