美國科學家剛剛實現了人類曆史上第一次核聚變點火,其實沒有必要為(wei) 了黑別人說這個(ge) 技術走不通,因為(wei) 中國的激光聚變也很強,而且在國際上非常受尊重。
fun88官网平台聚變,攝影:史博士
但是為(wei) 什麽(me) 大家看到的新聞裏,隻會(hui) 一窩蜂報道另外一種技術路線磁約束呢?因為(wei) 激光聚變是一個(ge) 高度敏感的戰略性領域。隻有它跟氫彈爆炸的原理最為(wei) 接近。世界上凡是有熱核武器的大國,都需要有超強激光裝置。
所以今天就給大家來講一講神光2號,他神在什麽(me) 地方,在國際上是什麽(me) 水平,以及背後那些如雷貫耳的中國科學家?我是史博士,探索黑科技的旅行家。
合規聲明
每次說到前沿的科技,會(hui) 有人善意提醒,你這個(ge) 東(dong) 西能不能說啊?所以我統一澄清一下:這些地方不是隨便進的,已經經過有關(guan) 部門的審查了。我們(men) 今天說的激光,是完全公開的,真正核心的都是物理,一句都不會(hui) 提。
全程帶我參觀神光二號的,是它的首席科學家朱健強老師。所有他能跟我講的,都沒有敏感內(nei) 容。技術細節我不會(hui) 問,問了也搞不清楚,因為(wei) 那涉及非常高深的數學和物理。
中間是朱健強老師,我還請了心目中最好的紀錄片人張雨桓導演(右一)去拍攝
這時候如果還是要杠,那就是你贏,你是最厲害的。
但我之所以想講一點不一樣的,其實是為(wei) 了給對科學感興(xing) 趣的孩子們(men) 看的,他們(men) 有資格知道真正好的東(dong) 西長什麽(me) 樣,別被媒體(ti) 上那些尬吹的內(nei) 容拉低了鑒賞水平。
激光打靶現場
大家對激光已經不陌生了,日常生活中能看到激光筆,超市裏的激光掃碼,再大一點兒(er) 的有激光切割甚至激光武器。
男人的浪漫不是衝(chong) 擊波,而是動感光波
但這些激光器的功率,跟神光裝置相比,根本都不夠看的。
史博士搜集的各種“危險”
我也去過不少大科學裝置了,有的會(hui) 標核危險,有的標生化危險,放射危險。但這裏麵我最喜歡激光。男人這輩子有機會(hui) ,一定要去現場觀摩一次激光聚變打靶。因為(wei) 大國重器裏麵,如果他稱第二,沒有人敢稱第一。
神光二號俯視圖,航拍:史博士
這棟不起眼的樓裏頭,就是神光二號大裝置,地下埋的都是供電線纜,裏麵有上百台光學設備和九路激光。
這裏是fun88官网平台的源頭,中科院上海光學精密機械研究所,內(nei) 行人都叫上海光機所。
fun88官网平台的聖地,上海光機所大門,攝影:史博士
大家跟著我一塊進去看看。局座說得對,激光最怕灰塵,所以需要換上防塵服,戴上發套,進除塵噴淋室。在裏麵如果你抬頭,會(hui) 看到天花板上有一塊塊黑斑,那是從(cong) 縫隙中泄露出的散射光打在牆上的後果。
泄露出的一點點散射光打在牆上的後果
漏出的光如果照射到人,雖然不至於(yu) 瞬間蒸發,但仍然會(hui) 帶來危險。所以從(cong) 激光器充能開始,整個(ge) 樓都會(hui) 響起提醒的音樂(le) 。然後音樂(le) 的節奏會(hui) 逐漸加快,廣播裏開始呼叫:“所有人離開危險區域,倒計時 ……5,4,3,2,1”
隨著最後一聲高音,多路激光在傳(chuan) 輸200米的距離後,可以同時擊中比圓珠筆尖還要小的燃料球,時間上的誤差不超過五百億(yi) 分之一秒,空間上的誤差不超過20微米。在十億(yi) 分之一秒的時間內(nei) ,瞬時功率可以達到全球電網功率之和的數倍。
神光II號靶室,已公開影像
這是為(wei) 了製造出極端的高溫和高壓,從(cong) 而引發核聚變。跟裂變相比,聚變好到幾乎“令人難以置信”。聚變燃料更豐(feng) 富,而且利用效率更高,這也是氫彈的威力大大超過原子彈的原因。但是在自然界中,所需的物理條件隻有在原子彈爆炸的中心、恒星的內(nei) 部或是黑洞的邊緣才能達到。怎麽(me) 樣,是不是跟科幻電影一樣?
元素周期表上比鐵輕的元素,都是恒星通過核聚變合成的
神光之心
那神光為(wei) 什麽(me) 這麽(me) 神呢?先給大家看一個(ge) 吊墜,我所有的黑科技收藏裏頭,我最喜歡這件。裏麵鑲嵌著一種特殊的玻璃,它就是神光的心髒。
上海光機所戚婧媛同學,親(qin) 手做的限量版給我
說到以神字開頭的大裝置,可不是隨便叫的。咱們(men) 的載人飛船叫神舟,發射神舟的火箭叫神箭,超級計算機叫神威。“神光”裝置是1986年,張愛萍將軍(jun) 親(qin) 筆題名的。按輩分來講,中國有資格以“神”字開頭命名的國之重器,這裏是源頭。
“神”字輩大裝置的老大哥
神光也是中國最早的“八大科學裝置”之一,並列的還有北京正負電子對撞機、國家授時中心等重大科技基礎設施。我帶大家看的是現在唯一公開開放的、所有科學家都可以來做實驗的神光二號。還有別的神光,我們(men) 就不說了。
那神光跟我這個(ge) 小吊墜兒(er) 有什麽(me) 關(guan) 係呢?別看最後輸出的激光非常強大,但是它最初的源頭也就是“種子源”,其實是很普通的光纖激光器,能量可能隻有納焦量級。1焦耳的能量,可以讓1瓦功率的燈泡發光1秒。1納焦耳,隻有1焦耳的十億(yi) 分之一。但最後要實現核聚變,需要兆焦耳級的能量,也就是1焦耳的100萬(wan) 倍。
神光II號第九路激光,已公開照片
從(cong) 1/10億(yi) 到100萬(wan) ,中間要放大多少倍呢?唉,我也算不出來。但用來儲(chu) 能和放大的介質,就是釹玻璃,它摻入了一種稀土發光離子——釹離子。
激光器上一塊釹玻璃的麵積比汽車擋風玻璃要小,但它的身價(jia) 相當於(yu) 一輛高檔汽車。一兩(liang) 千片儲(chu) 滿了能量的釹玻璃,可以像人類“心髒”一樣,對種子源發出的微弱激光反複“泵浦充能”,放大到足以引發聚變反應。要能耐受這麽(me) 強的功率不爆炸,需要同時滿足二三十個(ge) 參數的嚴(yan) 苛要求,每一個(ge) 都是工藝上的巨大挑戰。
激光玻璃是大功率激光器的核心
這次美國實現首次核聚變點火的國家點火裝置,就把激光釹玻璃的批量生產(chan) 技術,作為(wei) 自家七大“技術奇跡”之首。但是美國也是聯合德國和日本二家頂級光學公司後才最終掌握。上海光機所從(cong) 1964年建所以來就在攻關(guan) 這個(ge) 問題,通過五十多年三代人的積累,中國現在能夠獨立掌握激光釹玻璃全流程的生產(chan) 技術。
現在美國率先實現了點火,但咱們(men) 其實處在同一起跑線上。激光在中國為(wei) 什麽(me) 發展得好,就是不內(nei) 卷、有特色。張傑院士有獨特的”快點火“方案,已經堅持了二十年,下一步神光也有更大的計劃,很可能就不再以序列號命名了。這裏我就不說了,大家一塊兒(er) 拭目以待。
進軍以色列
那神光的整體(ti) 技術有多難呢?以色列被稱為(wei) 創新的國度,但它的超強激光裝置,是中國科學家幫助建的。
對,世界上除了超級大國,還有一些超級小國,比如以色列。它的高科技和軍(jun) 事工業(ye) 非常發達。中國製造、中國工程雖然已經大批量走出去,但是中國的科技能走出去(升調)——甚至走進以色列嗎?
以色列小型的激光武器自己能造而且非常領先
話說回來,以色列為(wei) 什麽(me) 需要超大功率激光器?不是說隻有核大國需要嗎?這個(ge) 問題考考大家。其實以色列有一個(ge) 大哥對吧,大哥也給過他一台激光器,隻不過功率太小而且要價(jia) 很貴。所以他找到了中國。
在國家的支持下,上海光機所接了這個(ge) 項目。光合同就談了五年,大家可以想象一下猶太人的精明細致。
朱健強老師是當時的所長,他跟我回憶說,有一次為(wei) 了總造價(jia) 中隻占零頭的200萬(wan) 美元,在春節前連續三天談判到淩晨三點半。當時如果讓一讓,應該能很快得到這個(ge) 合同,但是上海光機所對自己的技術水平有信心,堅持不降價(jia) 。有本事才有底氣,這才是給中國人長臉。
找不到更多關(guan) 於(yu) 此項目的圖片,可能是我不懂希伯來文
談判談了5年,建設了快7年,2017年裝置成功交付驗收,果然實現了指標最優(you) ,係統最穩定。以色列也驕傲地把這套裝置命名為(wei) 它的“國家激光裝置”。不僅(jin) 如此 ,2017 年交付以色列之後,美國科學界立馬對fun88官网平台聚變另眼相看,各種國際性組織和學術交流都非常重視,哪怕進入中美貿易和科技摩擦之後他們(men) 也沒有中斷。
我其實很奇怪。遇到紅人,媒體(ti) 都去追捧,但這麽(me) 一個(ge) 難能可貴的案例,怎麽(me) 沒有一個(ge) 詳細的跟蹤報道?所以我做這個(ge) 視頻其實是憋了一口氣的,我想把那些真正厲害的,媒體(ti) 不搭理的英雄從(cong) 幕後介紹到前台。不怕不識貨,就怕貨比貨,大家聽完心裏自然有一杆秤。
何為(wei) 國家戰略科技力量?光機所學生們(men) 做的筆記
我非常喜歡這個(ge) 案例,有一天一定會(hui) 把它寫(xie) 成論文。真正厲害的人什麽(me) 樣?一定不是排外的,因為(wei) 通過開放競爭(zheng) 才能提高水平,要不然不成了大清了嗎。反過來你越有真本事,別人越不會(hui) 排斥你。
《宋史》裏麵有這麽(me) 一句話,說的是如果外有敵國,那第一件事不是罵人,而是自強。自強者,人畏我,我不畏人。
背後的科學家
說到激光,毛主席1963年有一句話:“要組織一批人專(zhuan) 門去研究它。要有一小批人吃了飯不做別的事,專(zhuan) 門研究它。沒有成績不要緊。”
激光當時又稱”死光“,還記得《珊瑚島上的死光》嗎
1961年,中國打出第一束激光,隻比美國晚了 8 個(ge) 月。而用激光來做核聚變這個(ge) 想法,背後有很多我們(men) 都聽過名字的兩(liang) 彈一星元勳。
曾任國防部長的將軍(jun) ,中國核物理和光學兩(liang) 位泰鬥
第一位,就是偉(wei) 大的王淦昌。激光問世後,當時的物理學家王淦昌,敏銳地覺察到它能用來模擬核爆。
於(yu) 是他找到了第二位關(guan) 鍵人物,就上海光機所的激光專(zhuan) 家鄧錫銘。雖然那個(ge) 時候做出來的激光功率還很弱,但傑出科學家就能看到未來的前景。
紀念鄧錫銘院士
第三位就是中國的“氫彈之父”於(yu) 敏,1977年他還在隱姓埋名,就提出激光聚變是一項非常複雜的大科學工程,涉及理論、實驗、測量、製靶和激光五個(ge) 方麵,必須協調發展——於(yu) 敏太厲害了,你看這次美國點火的發布會(hui) 上,最核心的就是這五個(ge) 組。
於(yu) 敏讓中國氫彈走出了一條不同於(yu) 歐美的路線
所以於(yu) 敏提出:能不能打破學科和部門的分割,發揮某單位在物理上的基礎,還有上海光機所在激光上的特長,成立一個(ge) 聯合實驗室呢?
別說上世紀80年代,即使放在現在,這種跨機構的組織也麵臨(lin) 著非常多的爭(zheng) 議。使用某一方的經費來做研究,那設備資產(chan) 屬於(yu) 誰?兩(liang) 幫人在一起工作,各自身份怎麽(me) 界定?但凡要有私心,扯皮的事兒(er) 多的去了。但是老一輩科學家是這麽(me) 說的:“所有的事情都是國家的,你們(men) 要拋開單位部門的利益,為(wei) 同一個(ge) 科學目標做這個(ge) 事。”
那第四位,就是中國的光學泰鬥王大珩,他給聯合實驗室的題詞是:“傳(chuan) 承辟新,循優(you) 勇進”。
王大珩先生給神光II號的題詞
真正的大國重器,其實並不是電視上看某個(ge) 厲害了的裝置,因為(wei) 從(cong) 硬件上看,過不了10年看得見的東(dong) 西就落後了。所以真正傳(chuan) 承下來的,是一套做科研的精神和方法論:
科學上要創新,要敢於(yu) 探索新的未知,不是老沿著別人開辟的領域內(nei) 卷發灌水論文。但工程上要優(you) 化,找到落地方案後,就要迎難而上,堅定不移地推進。
給上海光機所研究生招生做個(ge) 宣傳(chuan) !
最後回到王淦昌先生對神光裝置的寄語:“合則成、分則敗”。如果各懷心思,隻是為(wei) 了分資源追逐名利,不可能建好這樣的大科學裝置。隻有把最優(you) 秀的人合在一起,同舟共濟,才有可能突破”點火“這樣的極限挑戰。
神光二號團隊,已公開照片
神光背後的精神,你要是也很認可,那就分享出去讓更多的人知道吧 :)
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