玩轉核反應堆的神童

秦許

14歲時你在做什么？大多數(shù)人都在按部就班地上著初中，個別更加聰明的人可能跳級上了高中甚至大學，這些人已經是少有的“天才”。但還有人在14歲時就已經做到了大多數(shù)人一輩子也不會做的事——制造一個核反應堆，他就是美國神童泰勒·威爾遜。

天生的科學家

1994年，泰勒·威爾遜出生于美國阿肯色州的一個中產家庭。雖然父親是可樂瓶蓋工廠的老板，母親是瑜伽教師，但泰勒絲毫沒有子承父業(yè)的想法，他對探索世界奧秘更感興趣。

與其他小孩子不同，泰勒從小就不喜歡玩具，他對各種“大人的玩意兒”充滿興趣。5歲生日時，泰勒許愿想要一輛吊車作為生日禮物。但是面對父母送過來的玩具吊車時，他哭鬧嚷道：“不，我要真的！”為了滿足他的要求，泰勒的爸爸請他的朋友開來了一輛6噸重的吊車。泰勒興沖沖爬上去，坐在駕駛員的腿上，學習操縱這個龐然大物，樂得合不攏嘴。9歲的時候，泰勒與父親一起參觀美國阿拉巴馬州的火箭發(fā)射中心。在這里，泰勒體驗了一把導游的樂趣，他就像連珠炮一樣，滔滔不絕地向游客們解釋土星5號運載火箭是如何運作和飛行，火箭速度與排氣速度有怎樣的關聯(lián)等物理原理。他問出的問題讓導游也啞口無言，不得不請出火箭中心的主任“鎮(zhèn)場”。

再大一點后，泰勒迷上了真正的實驗操作。9歲那年，泰勒將甲醇和氫氧化鈉混合在一起，制成了一種生物柴油燃料。他希望父親將這種燃料用在運輸可樂的汽車上，因為這種燃料更環(huán)保也更“便宜”。不過由于對兩種原料的性質不夠了解，泰勒制成的生物柴油效率并不太高，燃燒后剩下的殘渣還會堵塞油管，可樂車隊最終沒能用上。泰勒吸取了教訓，10歲的時候他將元素周期表倒背如流，把所有元素的質量和熔點也記得清清楚楚。學習的“效果”很快體現(xiàn)了出來。10歲的某一天，泰勒把家人召集到后院，只見他拿出一個裝著糖和硝酸鉀的藥瓶，然后點燃了瓶底的導火線——天崩地裂般的爆炸聲轟然響起，鄰居們驚慌失措地跑出來，竟發(fā)現(xiàn)一團小蘑菇云從泰勒家后院中升起。原來，他竟然搗鼓出了炸藥！

這場爆炸讓泰勒的家人始料未及，為了教育泰勒注意安全，泰勒的祖母送了他一本科幻小說《輻射童軍》。故事中一個美國男孩在自家后院建造核反應堆，結果他因制造噪音和污染環(huán)境而被警察叔叔抓走了。不過事后，家人們仍然全力支持泰勒的“科研”活動，祖母同意泰勒將家里的車庫用作實驗室，父親也利用人脈滿足泰勒的一切科研需求。

命運的轉折點

如果說，此前的泰勒因為沒有方向在“瞎搗鼓”，那么11歲這年，泰勒終于找著了未來的研究方向。

泰勒11歲時，他的祖母已經處于癌癥晚期，常常要做放射性治療。泰勒發(fā)現(xiàn)，由于用于診斷和治療癌癥的同位素是由耗資巨大的回旋加速器制成的，而且它們的半衰期很短，需要用飛機進行運輸，因此其價格非常高昂，許多病人因此得不到治療。因此，泰勒想，如果有一種更便宜、更好的方法來制造放射性同位素，更多的窮人是不是就能用得起這種治療方法呢？

泰勒從天上的太陽身上得到了靈感。他想，太陽無時無刻不在向外輻射著放射性粒子，這是因為它內部永不停息的核聚變反應。如果我也能制造一個核聚變反應堆，不就能得到大量的放射性同位素了嗎？可泰勒只是一個高中生，沒有儀器，也沒有實驗室，真的能制造出核反應堆嗎？如果是普通人，想到這里可能就要望而卻步了。但泰勒的父母給了他強力支持，他們將他送到了內華達州的戴維森學院，這是兩位美國富豪創(chuàng)辦的學校，能為通過其考核的高中尖子生們提供研究所需的儀器和實驗室。

在戴維森學院，泰勒遇到了物理學家羅納德·法諾夫，在其毫無保留的教導下，14歲時，泰勒建成了他的第一個核聚變反應堆——慣性靜電約束聚變反應堆。

核聚變是兩個或兩個以上的原子核結合形成一個原子核的反應，其中最輕的元素——氫的聚變是最易實現(xiàn)的，也是核聚變的重點研究對象。要實現(xiàn)核聚變，需要一些特殊的條件：高溫，可為氫原子的結合提供足夠的能量;高壓，可將氫原子擠在一起甚至合二為一。慣性靜電約束正是可以滿足上述條件的其中一種方法。

泰勒的反應堆的主要結構由一個超高真空系統(tǒng)組成，他用真空泵將空氣抽出，以便后續(xù)向其中填充原料——氫的同位素氘和氚。接著，泰勒把幾毫克的氘和氚的混合氣體注入直徑約幾毫米的小球內，然后通上幾萬伏的高壓電。球面因吸收電能而向外膨脹，受它的反作用，球面內層向內擠壓，就像噴氣飛機氣體往后噴而推動飛機向前飛一樣，小球內氣體受擠壓而壓力升高。壓力的升高使得溫度急劇升高，當溫度達到所需要的點火溫度時，小球內氣體便發(fā)生爆炸和融合，并產生大量熱能。就這樣，泰勒的首個核反應堆完成了。

研究仍在繼續(xù)

這個反應堆能做什么？與預想的不同，由于不能無間斷地往里添加反應原料和收集放射性同位素，泰勒的首個反應堆不僅不能提供能源，也不能作為檢測和治療癌癥的儀器。不過，泰勒很快找到了它的好去處：探測核武器。泰勒將他的核反應堆加裝到核武器探測儀中，如果碼頭或機場的集裝箱中藏有核武器，反應堆產生的中子會迫使核武器的原子發(fā)生裂變，從而發(fā)出放射性粒子。這時候，核武器探測儀就會采集到信號，并發(fā)出警報。泰勒用幾百美元造出的核武器探測儀比美國海關使用的幾十萬美元的儀器還要靈敏。兩年后，泰勒用另一種方法制造了核聚變反應堆，這次他終于能收集放射性同位素了，實現(xiàn)了制造能利用放射性同位素治療癌癥的儀器的夢想。

2012年5月，泰勒高中畢業(yè)了，但他卻不打算繼續(xù)讀大學，他想建立一家通過核裂變反應堆獲得清潔能源的公司。在許多的國際知名科研大會和論壇上，他充滿熱情地介紹了自己將設計的小型核裂變反應堆。這是一種全封閉式的核反應堆，內部的能源供給和反應原料完全被埋入地下。從理論上而言，這種設計能最大程度地減小事故發(fā)生可能造成的損害。因為傳統(tǒng)的核電站建設在地表，稍有不慎就會造成嚴重的核泄漏或爆炸，比如2011年，日本福島就發(fā)生了嚴重的核電站泄露事件。

根據泰勒的構想，這個功率為50～100兆瓦的小型核反應堆，將能為10萬個家庭穩(wěn)定供電。他樂觀地表示，這項發(fā)明不僅能給發(fā)展中國家?guī)砹畠r的清潔能源，還能用于太空項目，有望早日實現(xiàn)星際旅行。

有志不在年高。未來，年輕的科學家泰勒·威爾遜還將帶給我們什么驚喜呢？