我们究竟从哪里获取能源——谈谈影片《流浪地球》中的重元素聚变
  • 来源:科普时报
  • 作者:于赫夫
  • 2020-06-29 12:50



2019年被许多科幻爱好者称为中国硬核科幻电影元年,一部里程碑式的科幻电影《流浪地球》横空出世,为中国科幻影视打开了一扇全新的大门,而它所带来的关于科技发展与人类命运复杂纠缠的讨论未曾停歇。人们对于自身命运的隐隐担忧更使目光聚焦在未来之星——重元素聚变。这项技术未来可期吗?

在涉及到宏大时空观的作品中,科幻作者对当下的主力能源往往是不满意的,或者说,人们非常期待颠覆以化学能、电磁能以及核(裂变)能为主导的当下能源。能源从哪里来?追根溯源,我们可能去求索的只有物质和时空。从物质中获取能量,那最好的是可控核聚变,而从空间本身获取能量,那或许就与引力相关。

当看到刘慈欣写的“重元素聚变发动机”,我就暗暗揣测,这是作者把期许中的(与引力相关的)重力和核聚变,杂糅并投射出的产物。

重元素聚变是存在于某些天体中的,但该技术能在地球上产生多大真实推力,对板块、生态和大气有什么影响,我觉得这不是有意义的讨论方向,正如对于浪漫的“春风拂槛露华浓”,没有人会从露华有多浓,导致多大PM2.5去做文艺批评一样,那是牛嚼牡丹。重元素聚变发动机是一个意象,构建这个意象的是人们对掌握引力和时空、掌握可控核聚变的深远期许。

不得不提的是,小说中聚变发动机的制造进度和技术方案是落后于现实的:我国托克马克磁约束的可控核聚变技术方向远远优于小说中花费漫长时间论证的技术方向,而且按现有时间表验证聚变堆和工业聚变堆落地,都将远快于小说进度(国际项目ITER的时间表或许更快些,但很可惜的是该项目实际进展比我国的EAST项目缓慢很多;另外,ITER项目中我国专家的工作也较为核心)。

科幻落后于现实,这比较罕见,多数时候相反。我认为这不是刘慈欣幻想的不够。20年前,我们身边敢幻想第三艘航母、隐身五代机、矢量发动机的人大概也寥寥无几,敢预期可控核聚变遥遥领先其他国家的约等于零。在能源领域,刘慈欣20年前所构建的隽永意象,碰撞了20年后科学工程工作者开拓的辉煌现实——工业如诗。

在《流浪地球》影片中,重元素聚变发动机燃烧的“火石”是一种科幻设定,大概是因为用核聚变燃烧山脉太过惊世骇俗,需要一个居间过渡。火石大概被设定为需要少量持续的电力维持,以稳定输出高能量给重元素聚变点火,这样的材料至少在理论物理领域不太好找。

让等离子体温度高到足以发生聚变反应,且聚变输出能量大于系统损耗,这就完成了点火。当下比较主流的点火方向是在托克马克环中注入高能等离子体或用某种波(如电磁波、离子波)输入能量,且实现强约束进一步提高密度和温度达到点火条件,这是我国和多数大型国际项目的主流方向。在美国和个别欧洲国家,比较时髦的是用高能激光轰击聚变材料靶点火,这个方向容易达到高温,但对激光提出的要求很严苛且可控性不易满足,尚在攻关。有些项目中,同样采用类托克马克的方法点火,但磁约束装置不是托克马克环,而是异形环。这类项目在日本、德国和我国某些地方大学都有,比较考验装配精度,但目前进展较慢。

 除上述硬核科技的展现外,该影片以更宏大的叙事手法留给我们一个严肃的问题:未来,我们真的会带着地球去流浪吗?

这很难预言。挪走人类生存的恒星,听起来匪夷所思,技术上也难以想象,但我愿意保持好奇。也许有那么一天,人们用当代看来更加匪夷所思的方式,把地球挪到另一个更理想的星系,甚至偶尔回来度假考古,这样的想法也许并不疯狂。

多年前,当我们面对仓库大大小小的计算机时,预言未来的计算机核心将微缩成孩子的指甲大小,计算力以亿倍为单位爆发增长,看起来也同样夸张。工业技术路线是客观存在的,也是难以预测的,也许后人会感慨我们的眼界还有点低呢!

(作者系长春工程学院讲师、 理论物理学博士)


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