“领先两步”：洛克希德·马丁紧凑型可控核聚变试验项目

本文摘自[英]詹姆斯·C. 古道尔著，翁伟译，《臭鼬工厂：75年尖端飞行器研发图史》

70多年前，科学家发现核裂变反应能够产生巨大的能量，这在当时无疑是举世瞩目的重大发现。后来，人们一直在试图利用核裂变来为几乎所有东西提供动力（包括飞机）。不过，由于核裂变的具体应用是个较为复杂的问题，所以最终其没能投入广泛应用，目前一般仅运用于核反应堆。后来，科学家又发现了核聚变，并认为成功可控的核聚变能够产生更为清洁和安全的能源。

紧凑型核聚变反应堆的尺寸一般都很小，而这也是它被看好的主要原因。（图：洛克希德公司）

在核聚变反应中，气体被加热并分解成离子和电子。当离子变得足够热时，它们可以在克服排斥作用后互相碰撞并融合在一起，同时释放出巨大的能量（能比一般的化学反应所产生的能量高100万倍以上，也比核裂变反应所产生的能量高了3至4倍）。太阳产生能量的原理其实就是核聚变。洛克希德公司目前正在研究如何借助磁瓶来模拟太阳产生能量的过程。磁瓶是核聚变实验中所使用到的约束等离子体的一种磁场，能够承受数亿度的温度。它可以使反应变得可控，产生可以为人们所利用的能量。而洛克希德公司的紧凑型核聚变反应堆就是基于60多年核聚变研究经验的一次尝试。它在很大程度上是利用磁场力进行磁约束的，规模会比以往的核聚变反应堆小十倍。顾名思义，紧凑型核聚变反应堆的尺寸规模一定很小，这也是它被看好的主要原因。考虑到核聚变测试所需要的时间和改进周期，洛克希德公司认为大概经过五年时间就能开发出反应堆原型了。

一个小到可以装在卡车上的反应堆，居然能够为一个人口多达10万人的小城市提供足够的电力。（图：洛克希德公司）

紧凑型聚变反应堆所产生的热能可以通过简单的热交换器来代替燃烧室驱动涡轮发电机，从而产生电力或推力。但由于设计周期较短，该计划也面临着各方面选择较少且经费不充足的问题。研究人员认为，紧凑型核聚变反应堆一旦成为现实，能够做到以下事情：

•为飞机提供几乎无限的续航能力。核聚变所产生的高密度能量可以让C-5“银河”运输机这样的飞机只需几瓶氢气就能连续飞行一年时间。

•向整个世界包括发展中国家提供可以无限供应的便宜能源。

•为船只提供安全的电能。紧凑型核聚变产生的能量可通过涡轮发电机，为船只提供无限续航。

•提速星际旅行。核聚变产生的高密度能量可使星际飞行器在一个月内飞到火星，而非目前的六个月。

•为拥有5万人至10万人的城市供电。这仅需将核聚变反应堆应用于100兆瓦级燃气轮机发电厂中即可。它们可以根据需要被部署到世界各地。

•为世界人民提供清洁的饮用水。紧凑型核聚变反应堆能够使海水淡化成本降低60%以上。

2017年，洛克希德公司的一位发言人曾提到，他们将在十年内发明一种小型核聚变发动机，并利用无限的清洁核能来为大型远洋船只甚至整个小镇提供所需要的能源；再过十年，洛克希德公司还会将独立式冷核聚变反应堆进行商业化，为世界提供无危险、无核扩散、无温室气体排放的清洁能源。

紧凑型核聚变反应堆。（图：洛克希德公司）

磁瓶是核聚变实验中使用的约束等离子体的一种磁场，能够承受数亿度的温度。紧凑型核聚变反应堆如果能做得足够小，便有可能被用作飞机的动力源，这样飞机就能够穿梭于世界上的任何地方，无须中途加油，也没有碳足迹。（图：洛克希德公司）

臭鼬工厂现任副总裁兼总经理杰夫·巴比恩（Jeff Babione ）说：“虽然进展比预期的要慢，但我相信我司最终一定能够研发出冷核聚变反应堆。”事实上，洛克希德公司原本希望赶在2019年年底之前能够开始着手研发他们的下一代核聚变反应堆T5，但由于新冠疫情爆发，该计划被推迟到了2021年。

T5主要被用来展现等离子体的加热和膨胀过程，以及测量保护壁不受等离子体影响的磁化鞘深度。T5还能够用来测量包含着等离子体的磁场线边界相交或缠绕支撑反应堆超导磁体杆周围的相关损耗，用于验证高密度等离子体源，以及捕获和限制引发等离子体点火的中性束注入器的能力。

紧凑型核聚变反应堆的内部结构示意图。（图：洛克希德公司）

除了T5，洛克希德公司还计划研发另外三种核聚变反应测试装置。其中，T8属于氘—氚反应堆，能够展现核聚变产生的α粒子的约束性和稳定性。杰夫·巴比恩认为：“下一个挑战是扩大规模。要如何扩大规模才能为一座城市提供电力呢？各种问题都摆在我们面前。这当然是不容易实现的任务，但我们认为这并非不可能。”