第547章 小太陽
可控核聚變，說白了，就是模仿太陽的原理，讓氘和氚的原子核在超過一億度的極高溫下聚合，從而釋放出龐大的能量，就像在地球上造了一個「小太陽」一樣。
但是太陽能釋放出龐大的能量是靠自身超大的引力把燃料牢牢壓住，然後1500萬度就能慢慢維持聚變。
可地球上顯然是造不出恆星引力的，於是科學家們只能通過把燃料加熱到上億攝氏度，靠粒子超高運動速度硬衝破斥力，從而實現持續的聚變。
可問題也隨之而來了，這個溫度比太陽核心還要熱好幾倍，物質早就拆成了帶電的原子核和電子了，也就是等離子體，而任何實體材料碰到上億度等離子體都會瞬間汽化，根本沒有容器能裝得下的。
於是，為了馴服這團比太陽核心還熱的火，科學家必須用強大的磁場將它懸浮在真空里，就像用一隻看不見的手，去托住一團比太陽還燙的火焰。
這團火不接觸任何東西，自然也就不會燒毀容器了。
而這種利用環形磁場來約束等離子體的技術路線，就是托卡馬克。
核聚變的吸引力是巨大的。它的燃料氘可以從海水中提取，氚也能通過鋰增殖，幾乎是取之不盡的。而且反應過程極其清潔，幾乎不產生長壽命高放射性的核廢料，被公認為人類的「終極能源」。
華國的聚變研究起步很晚。
二十世紀九十年代，當歐洲聯合環已經在跑氘氚實驗的時候，華國連一台像樣的中型托卡馬克都沒有。
後來國家下決心集中力量辦大事，這把國內聚變領域的頂尖人才和資源都匯聚到一起，成立了等離子體物理研究所，用了將近三十年時間，走完了別人半個多世紀才走完的路。
「夸父」就是這場追趕的成果，它的等離子體溫度可以達到一億攝氏度以上，連續約束時間突破一百秒，在全球聚變裝置里已經穩居第一梯隊了。
國際上能在這個級別上叫板的，除了歐洲的聯合環和已經開始建的國際熱核聚變實驗堆，也就只有華國的這台裝置了。
但第一梯隊的意思，也就是大家都還沒到終點。
國外的熱核聚變實驗堆是世界上最大的國際聚變合作項目，是由華國和多方共同參與建設的。
這個項目代表著未來路線的主流，但它的目標也只是讓Q值達到十左右，這個目標如果順利實現，最快也要在2035年以後了。
更先進的示範堆則要等到下個世紀中葉。
而肖宿給遠航號定下的目標，是Q大於五十，而且要在五年內看到工程化。
這意味著夸父要在現有基礎上一步完成質變，相當於在五年內把整個人類的聚變進程向前壓縮七十年。
這中間的困難，閉著眼睛都能數出來一大堆。
徐蒙站在肖宿旁邊，心情仍然十分複雜，可他看著肖宿平靜的側臉，又想，或許也沒那麼遠吧。
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肖宿的目光沿著環形真空容器的外壁走了一圈，又抬頭看向極向場線圈的支撐結構，最後落在下方那排人孔窗口上。
夸父的線圈布局不夠合理，磁剪切在邊緣處偏弱，中心區電流剖面達不到理想位形的要求，偏濾器材料的熱負荷餘量也遠遠不夠……和他設想的相差很大，需要改進的地方還有很多。
但就像他之前對徐蒙說的，這些都不是不能做的。
肖宿說：「我需要夸父從建設到現在的全部核心設計文件。」
「包括磁體系統的機械設計、偏濾器冷卻迴路、加熱系統的功率耦合方式，還有最近三次實驗的完整數據。」
徐蒙立刻朝尹航招了招手。尹航會意，帶著幾個工程師去搬資料了。
「肖教授，資料送到小會議室吧，那裡方便看。」徐蒙說。
肖宿點了點頭。
到了小會議室，一摞摞文件盒被搬了進來，在長條桌上碼成一排。
肖宿坐下後，先打開了磁體系統的機械設計卷宗，一張張翻過去。
他看的速度很快，但每一張都看得很細。
有些頁他會停很久，手指在某個局部放大圖或者某條曲線上輕輕劃一下，眉頭偶爾動一動。
徐蒙坐在對面，也不打擾他，只是在他需要的時候解釋幾句。
「你們這個極向場線圈的分布，當初是按什麼目標做的優化？」肖宿忽然問。
「主要按等離子體邊界穩定性和磁通利用效率來優化。」
徐蒙說，「目標函數設成了磁剪切和磁阱深度的加權組合，用的是遺傳算法加伴隨方法的混合優化。」
「遺傳算法。」肖宿重複了一遍，語氣平靜，但徐蒙莫名覺得那四個字裡帶著一絲很淡的意味。
「所以優化出來的是一個局部較優解，外側磁剪切偏低，對邊緣局域模的抑制能力先天就有缺口。」
徐蒙有些無奈的笑了一下，肖宿只是簡單一看，就直接點出了他們磁體系統優化方案里的歷史遺留問題了。
事實上，邊緣局域模的抑制能力不足正是他們現在最頭疼的難題之一，每一次放電實驗都要花大量時間在外部擾動線圈上，才能勉強把邊界穩在可以維持百秒的水平。
「對，我們現在主要靠共振磁擾動線圈來壓邊緣局域模，但是效率十分不穩定，也就直接制約了約束時間。」
「共振磁擾動是治標，不是治本。」
肖宿把圖紙翻到下一頁，「邊界局域模的產生，根本原因還是邊緣電流密度梯度過大了，導致局部磁重聯不穩定性。
你們的優化目標沒有對這個不穩定性加足夠的權重，所以位形先天就不穩，後面再加多少外部擾動都只是貼膏藥。」
徐蒙苦笑。
貼膏藥這個說法實在太貼切了，這些年他們可不就是在給夸父貼膏藥嘛，哪裡的不穩定性壓不住，就在哪裡加一套輔助系統，壓住一個又冒一個出來。
但是太陽能釋放出龐大的能量是靠自身超大的引力把燃料牢牢壓住，然後1500萬度就能慢慢維持聚變。
可地球上顯然是造不出恆星引力的，於是科學家們只能通過把燃料加熱到上億攝氏度，靠粒子超高運動速度硬衝破斥力，從而實現持續的聚變。
可問題也隨之而來了，這個溫度比太陽核心還要熱好幾倍，物質早就拆成了帶電的原子核和電子了，也就是等離子體，而任何實體材料碰到上億度等離子體都會瞬間汽化，根本沒有容器能裝得下的。
於是，為了馴服這團比太陽核心還熱的火，科學家必須用強大的磁場將它懸浮在真空里，就像用一隻看不見的手，去托住一團比太陽還燙的火焰。
這團火不接觸任何東西，自然也就不會燒毀容器了。
而這種利用環形磁場來約束等離子體的技術路線，就是托卡馬克。
核聚變的吸引力是巨大的。它的燃料氘可以從海水中提取，氚也能通過鋰增殖，幾乎是取之不盡的。而且反應過程極其清潔，幾乎不產生長壽命高放射性的核廢料，被公認為人類的「終極能源」。
華國的聚變研究起步很晚。
二十世紀九十年代，當歐洲聯合環已經在跑氘氚實驗的時候，華國連一台像樣的中型托卡馬克都沒有。
後來國家下決心集中力量辦大事，這把國內聚變領域的頂尖人才和資源都匯聚到一起，成立了等離子體物理研究所，用了將近三十年時間，走完了別人半個多世紀才走完的路。
「夸父」就是這場追趕的成果，它的等離子體溫度可以達到一億攝氏度以上，連續約束時間突破一百秒，在全球聚變裝置里已經穩居第一梯隊了。
國際上能在這個級別上叫板的，除了歐洲的聯合環和已經開始建的國際熱核聚變實驗堆，也就只有華國的這台裝置了。
但第一梯隊的意思，也就是大家都還沒到終點。
國外的熱核聚變實驗堆是世界上最大的國際聚變合作項目，是由華國和多方共同參與建設的。
這個項目代表著未來路線的主流，但它的目標也只是讓Q值達到十左右，這個目標如果順利實現，最快也要在2035年以後了。
更先進的示範堆則要等到下個世紀中葉。
而肖宿給遠航號定下的目標，是Q大於五十，而且要在五年內看到工程化。
這意味著夸父要在現有基礎上一步完成質變，相當於在五年內把整個人類的聚變進程向前壓縮七十年。
這中間的困難，閉著眼睛都能數出來一大堆。
徐蒙站在肖宿旁邊，心情仍然十分複雜，可他看著肖宿平靜的側臉，又想，或許也沒那麼遠吧。
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肖宿的目光沿著環形真空容器的外壁走了一圈，又抬頭看向極向場線圈的支撐結構，最後落在下方那排人孔窗口上。
夸父的線圈布局不夠合理，磁剪切在邊緣處偏弱，中心區電流剖面達不到理想位形的要求，偏濾器材料的熱負荷餘量也遠遠不夠……和他設想的相差很大，需要改進的地方還有很多。
但就像他之前對徐蒙說的，這些都不是不能做的。
肖宿說：「我需要夸父從建設到現在的全部核心設計文件。」
「包括磁體系統的機械設計、偏濾器冷卻迴路、加熱系統的功率耦合方式，還有最近三次實驗的完整數據。」
徐蒙立刻朝尹航招了招手。尹航會意，帶著幾個工程師去搬資料了。
「肖教授，資料送到小會議室吧，那裡方便看。」徐蒙說。
肖宿點了點頭。
到了小會議室，一摞摞文件盒被搬了進來，在長條桌上碼成一排。
肖宿坐下後，先打開了磁體系統的機械設計卷宗，一張張翻過去。
他看的速度很快，但每一張都看得很細。
有些頁他會停很久，手指在某個局部放大圖或者某條曲線上輕輕劃一下，眉頭偶爾動一動。
徐蒙坐在對面，也不打擾他，只是在他需要的時候解釋幾句。
「你們這個極向場線圈的分布，當初是按什麼目標做的優化？」肖宿忽然問。
「主要按等離子體邊界穩定性和磁通利用效率來優化。」
徐蒙說，「目標函數設成了磁剪切和磁阱深度的加權組合，用的是遺傳算法加伴隨方法的混合優化。」
「遺傳算法。」肖宿重複了一遍，語氣平靜，但徐蒙莫名覺得那四個字裡帶著一絲很淡的意味。
「所以優化出來的是一個局部較優解，外側磁剪切偏低，對邊緣局域模的抑制能力先天就有缺口。」
徐蒙有些無奈的笑了一下，肖宿只是簡單一看，就直接點出了他們磁體系統優化方案里的歷史遺留問題了。
事實上，邊緣局域模的抑制能力不足正是他們現在最頭疼的難題之一，每一次放電實驗都要花大量時間在外部擾動線圈上，才能勉強把邊界穩在可以維持百秒的水平。
「對，我們現在主要靠共振磁擾動線圈來壓邊緣局域模，但是效率十分不穩定，也就直接制約了約束時間。」
「共振磁擾動是治標，不是治本。」
肖宿把圖紙翻到下一頁，「邊界局域模的產生，根本原因還是邊緣電流密度梯度過大了，導致局部磁重聯不穩定性。
你們的優化目標沒有對這個不穩定性加足夠的權重，所以位形先天就不穩，後面再加多少外部擾動都只是貼膏藥。」
徐蒙苦笑。
貼膏藥這個說法實在太貼切了，這些年他們可不就是在給夸父貼膏藥嘛，哪裡的不穩定性壓不住，就在哪裡加一套輔助系統，壓住一個又冒一個出來。