玩转核反应堆的神童 ——泰勒·威尔逊

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14岁时你在做什么?大多数人都在按部就班地上着初中,个别更加聪明的人可能跳级上了高中甚至大学,这些人已经是少有的“天才”。但还有人在14岁时就已经做到了大多数人一辈子也不会做的事——制造一个核反应堆,他就是美国神童泰勒·威尔逊。

天生的科学家

1994年,泰勒·威尔逊出生于美国阿肯色州的一个中产家庭。虽然父亲是可乐瓶盖工厂的老板,母亲是瑜伽教师,但泰勒丝毫没有子承父业的想法,他对探索世界奥秘更感兴趣。

泰勒与他制造的核聚变武器探测器

与其他小孩子不同,泰勒从小就不喜欢玩具,他对各种“大人的玩意儿”充满兴趣。5岁生日时,泰勒许愿想要一辆吊车作为生日礼物。但是面对父母送过来的玩具吊车时,他哭闹嚷道:“不,我要真的!”为了满足他的要求,泰勒的爸爸请他的朋友开来了一辆6吨重的吊车。泰勒兴冲冲爬上去,坐在驾驶员的腿上,学习操纵这个庞然大物,乐得合不拢嘴。9岁的时候,泰勒与父亲一起参观美国阿拉巴马州的火箭发射中心。在这里,泰勒体验了一把导游的乐趣,他就像连珠炮一样,滔滔不绝地向游客们解释土星5号运载火箭是如何运作和飞行,火箭速度与排气速度有怎样的关联等物理原理。他问出的问题让导游也哑口无言,不得不请出火箭中心的主任“镇场”。

再大一点后,泰勒迷上了真正的实验操作。9岁那年,泰勒将甲醇和氢氧化钠混合在一起,制成了一种生物柴油燃料。他希望父亲将这种燃料用在运输可乐的汽车上,因为这种燃料更环保也更“便宜”。不过由于对两种原料的性质不够了解,泰勒制成的生物柴油效率并不太高,燃烧后剩下的残渣还会堵塞油管,可乐车队最终没能用上。泰勒吸取了教训,10岁的时候他将元素周期表倒背如流,把所有元素的质量和熔点也记得清清楚楚。学习的“效果”很快体现了出来。10岁的某一天,泰勒把家人召集到后院,只见他拿出一个装着糖和硝酸钾的药瓶,然后点燃了瓶底的导火线——天崩地裂般的爆炸声轰然响起,邻居们惊慌失措地跑出来,竟发现一团小蘑菇云从泰勒家后院中升起。原来,他竟然捣鼓出了炸药!

这场爆炸让泰勒的家人始料未及,为了教育泰勒注意安全,泰勒的祖母送了他一本科幻小说《辐射童军》。故事中一个美国男孩在自家后院建造核反应堆,结果他因制造噪音和污染环境而被警察叔叔抓走了。不过事后,家人们仍然全力支持泰勒的“科研”活动,祖母同意泰勒将家里的车库用作实验室,父亲也利用人脉满足泰勒的一切科研需求。

命运的转折点

如果说,此前的泰勒因为没有方向在“瞎捣鼓”,那么11岁这年,泰勒终于找着了未来的研究方向。

泰勒11岁时,他的祖母已经处于癌症晚期,常常要做放射性治疗。泰勒发现,由于用于诊断和治疗癌症的同位素是由耗资巨大的回旋加速器制成的,而且它们的半衰期很短,需要用飞机进行运输,因此其价格非常高昂,许多病人因此得不到治疗。因此,泰勒想,如果有一种更便宜、更好的方法来制造放射性同位素,更多的穷人是不是就能用得起这种治疗方法呢?

九岁的泰勒在自家后院做实验

泰勒从天上的太阳身上得到了灵感。他想,太阳无时无刻不在向外辐射着放射性粒子,这是因为它内部永不停息的核聚变反应。如果我也能制造一个核聚变反应堆,不就能得到大量的放射性同位素了吗?可泰勒只是一个高中生,没有仪器,也没有实验室,真的能制造出核反应堆吗?如果是普通人,想到这里可能就要望而却步了。但泰勒的父母给了他强力支持,他们将他送到了内华达州的戴维森学院,这是两位美国富豪创办的学校,能为通过其考核的高中尖子生们提供研究所需的仪器和实验室。

在戴维森学院,泰勒遇到了物理学家罗纳德·法诺夫,在其毫无保留的教导下,14岁时,泰勒建成了他的第一个核聚变反应堆——惯性静电约束聚变反应堆。

核聚变是两个或两个以上的原子核结合形成一个原子核的反应,其中最轻的元素——氢的聚变是最易实现的,也是核聚变的重点研究对象。要实现核聚变,需要一些特殊的条件:高温,可为氢原子的结合提供足够的能量;高压,可将氢原子挤在一起甚至合二为一。惯性静电约束正是可以满足上述条件的其中一种方法。

泰勒的反应堆的主要结构由一个超高真空系统组成,他用真空泵将空气抽出,以便后续向其中填充原料——氢的同位素氘和氚。接着,泰勒把几毫克的氘和氚的混合气体注入直径约几毫米的小球内,然后通上几万伏的高压电。球面因吸收电能而向外膨胀,受它的反作用,球面内层向内挤压,就像喷气飞机气体往后喷而推动飞机向前飞一样,小球内气体受挤压而压力升高。压力的升高使得温度急剧升高,当温度达到所需要的点火温度时,小球内气体便发生爆炸和融合,并产生大量热能。就这样,泰勒的首个核反应堆完成了。

研究仍在继续

这个反应堆能做什么?与预想的不同,由于不能无间断地往里添加反应原料和收集放射性同位素,泰勒的首个反应堆不仅不能提供能源,也不能作为检测和治疗癌症的仪器。不过,泰勒很快找到了它的好去处:探测核武器。泰勒将他的核反应堆加装到核武器探测仪中,如果码头或机场的集装箱中藏有核武器,反应堆产生的中子会迫使核武器的原子发生裂变,从而发出放射性粒子。这时候,核武器探测仪就会采集到信号,并发出警报。泰勒用几百美元造出的核武器探测仪比美国海关使用的几十万美元的仪器还要灵敏。两年后,泰勒用另一种方法制造了核聚变反应堆,这次他终于能收集放射性同位素了,实现了制造能利用放射性同位素治疗癌症的仪器的梦想。

美国内华达大学的泰勒实验室中的核反应堆是泰勒14岁时建造的核反应堆的更复杂的版本。

2012年5月,泰勒高中毕业了,但他却不打算继续读大学,他想建立一家通过核裂变反应堆获得清洁能源的公司。在许多的国际知名科研大会和论坛上,他充满热情地介绍了自己将设计的小型核裂变反应堆。这是一种全封闭式的核反应堆,内部的能源供给和反应原料完全被埋入地下。从理论上而言,这种设计能最大程度地减小事故发生可能造成的损害。因为传统的核电站建设在地表,稍有不慎就会造成严重的核泄漏或爆炸,比如2011年,日本福岛就发生了严重的核电站泄露事件。

根据泰勒的构想,这个功率为50~100兆瓦的小型核反应堆,将能为10万个家庭稳定供电。他乐观地表示,这项发明不仅能给发展中国家带来廉价的清洁能源,还能用于太空项目,有望早日实现星际旅行。

有志不在年高。未来,年轻的科学家泰勒·威尔逊还将带给我们什么惊喜呢?

来源:大科技杂志社

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