如何建造家用聚变反应堆

《玩核聚变的男孩》始于 2010 年，当时，我担任《PopSci》的特约编辑，发现了一个小而独特的制造者社区，这些精力充沛的业余爱好者正在研究应用核科学的强大理论和精密工程。在价值数十亿美元的实验室组成的大科学世界之外，自学成才的业余爱好者正在摆弄核武器——融合原子核、嬗变元素、在 DIY 实验室中建造原子粉碎机——这一想法既有趣又令人不安。当这个谨慎的小团体的成员开始向我敞开心扉时，其中一人提到了泰勒·威尔逊，一个来自特克萨卡纳的 14 岁男孩，他刚刚成为地球上仅有的 32 名建造了可运行的核聚变反应堆的人之一，这是地球上的微型太阳。

现在，我当时写的关于泰勒的文章已经写成了一本书。《玩核聚变的男孩》是一场科学冒险，一个关于大胆、毅力和激情的故事——以及一个世界似乎没有极限的男孩的故事。这段摘录来自第 16 章：幸运驴理论，讲述了业余高能科学家首次尝试实现核聚变的经历。

从某种意义上说，业余核聚变运动开始于科学与科幻小说的交汇处。20 世纪 90 年代中期，电气工程师、科幻小说作家汤姆·利根 (Tom Ligon) 听说物理学家罗伯特·巴萨德 (Robert Bussard) 居住和工作的地方距离他位于弗吉尼亚州的家只有两英里。

“有些人仍然认为巴萨德是一个虚构的人物，”利根说，“但事实证明他确实存在。” 20 世纪 50 年代中期，巴萨德在洛斯阿拉莫斯的核推进部门工作，设计核火箭发动机。他与他人合著了两本关于核动力飞行的书籍，并于 1960 年提出了“星际冲压发动机”的设想，这种发动机可以吸收星际电离氢并将其输送到核聚变反应堆中，反应堆的输出将推动宇宙飞船前进。尽管巴萨德认为他的设计至少还需要 200 年才能实现，但星际冲压发动机（也称为巴萨德冲压发动机）已成为科幻小说中的一个固定内容，用于推动拉里·尼文和波尔·安德森小说中的太空旅行者以及《星际迷航》宇宙中的星际舰队飞船。

巴萨德后来成为当时美国原子能委员会受控热核反应部门的助理主任。该部门已将磁约束作为其主要的聚变计划，但巴萨德认为一种他称之为多面体阱（多面体和势阱的组合）的聚变反应堆更有前景，这种反应堆克服了法恩斯沃思-赫希聚变反应堆（通常称为聚变器）的一些低效率。聚变器使用电场加速离子向碰撞方向移动，这种碰撞非常强烈，以至于它们的原子核发生聚变，释放出一股能量。

巴萨德的反应堆使用带负电的等离子场而不是带负电的金属栅来吸引和加速带正电的离子。巴萨德创办了一家由军方资助的小型科技公司，以推进他的多阱设计。

利根带着简历过来了。“那里没人，”利根回忆道，“但招牌上写着……这是能源/物质转换公司。我把宣传单从门缝里塞了进去，当我明白了它与爱因斯坦著名公式的联系时，不禁露出了笑容。”

巴萨德将他召回，利根则进入 EMC2 工作，该公司在 1994 年至 2006 年间建造了数个多晶井原型。巴萨德认为，凭借最终的原型，他已经解决了剩余的主要物理问题，并报告了效率的大幅提升。但由于伊拉克战争消耗了军方的资源，军方停止了多晶井研究的资助。巴萨德筹集私人资本建造了一座多晶井发电厂。

巴萨德于 2007 年去世。利根说：“他临终时坚信自己取得了重大突破。”美国海军研究人员可能也同样坚信这一点，因为他们在巴萨德去世后重启了聚变井计划，并将其带到了洛斯阿拉莫斯。泰勒和他的朋友兼核聚变专家卡尔·威利斯是少数几个见过下一代聚变井机器的局外人；自他们参观实验室以来，该项目一直处于保密状态。

1998 年，利根建造了一个几乎可以正常运转的法恩斯沃斯-赫希反应堆，并把它带到了里士满附近理查德·赫尔家中举行的业余高能科学家会议上。“当我对理查德强大的特斯拉线圈感到敬畏时，”利根说，“其他人都疯狂地爱上了建造自己的桌面热聚变反应堆的想法。”

“人们通常缺乏中子探测方法。”

次年，赫尔的核聚变反应堆成为首个在实验室外实现核聚变反应的装置。该社区的其他人也纷纷效仿，并创建了一个在线论坛，与威利斯等人分享资源。威利斯于 2003 年成为第十位建造出可运行反应堆的人。除了 Fusor.net 的信息交换中心的作用外，该论坛还成为事实上的业余核聚变成功声明的验证机构。

Fusor.net 的核聚变专家名单分为三个级别。拾荒者刚刚起步，收集组件和/或组装零件。等离子俱乐部成员需要有等离子生产的证据。中子俱乐部申请者必须以图像的形式提供核聚变的确凿证据，并披露有关设置、条件和中子检测系统的完整数据。“许多有建造核聚变反应堆想法的人都有科幻小说的天赋，”威利斯说，但技术挑战很快就会淘汰那些不认真掌握核理论和工程的人。“你不能靠欺骗进入中子俱乐部，”威利斯说。

赫尔说：“人们通常的不足之处在于他们的中子探测方法。” 有很多来回的提问和回答，这是一个非正式但严格的同行评审过程。

在帮助管理 Fusor.net 网站的 Willis 建议 Taylor 建造一个聚变器后不久，Taylor 就将自己的名字添加到了 Scroungers 列表中。Taylor 越来越频繁地出现在网站的技术论坛上。“每个人都非常慷慨，愿意给我建议，让我与他们交流想法，”Taylor 说。“对于某些事情，比如真空问题，没有太多的专业知识来源。真空几乎是一门黑魔法；我的意思是，谁会去学校学习它？”

但一开始，论坛的所有参与者都没有意识到他们正在与一个十二岁的孩子交流。

阅读 2012 年 PopSci 故事“玩聚变的男孩”，和/或获取这本书。