第二十一章 等离子实验中窥端倪

021等离子实验中窥端倪

张冲志在回想中，已走到半路，这时收到威滕教授的电话，询问他走到那里了。

张冲志只好停止回想，暗中动用功力，在几分钟之内赶到高等研究所，威滕教授已发动起车来，他上车后立刻出发。

达特茅斯大学等离子体实验室实际位于达特茅斯大学的Forrestal校园，与主校区有一定的距离，需要开车过去。

这次做实验的装置叫国家球形环面实验器NStx-U，它在4115年建造完成后，成为研究等离子体和核聚变的利器，已经取得许多研究成果。

对于托卡马克核聚变实验装置轩辕国也走在了世界的前列，比新陆国差一点外，比其他国家先进。

在核聚变过程中，关键要做到两点:

1.如何将核聚变物质点燃。

这不仅需要每个激光器对准的方向控制地异常精确，也需要在这一极短的时间内每个激光器的能量大小需要严格控制，目前新陆国“国家点火装置”可以将192个缴光器聚焦于同一点，而轩辕国的目标是43个。

2.如何将反应中的燃料盛住。

“超导托卡马克”装置的研制就是为了实现能将上亿度的物质存放住，而这个超导装置就是将反应物约束在一个密闭的环中，使其高速旋转，将其固定在一个密闭的空间中，从而实现了变相盛放。

NStx-U和轩辕国的EASt超导托卡马克都是这一类型。

现在除了东罗马国马普协会在玩仿星器，再没有其他国家，查理王国的ItER还遥遥无期。

看着眼前这个如同八卦图一样的大家伙，张冲志就象在看科幻片一样，对新陆国强大的机械制造能力感到惊奇。

十二支长臂向四周引展出去，表面显暗红色，分为两节，角节上都排列着两排激光发射枪。再向里是一个银白色的圆盘，就象射电望远镜的接收镜面，再向里就是一个金色的球型空间。

到了上午10点钟，随着各种准备工作的结束，实验室主任，史蒂芬.考利，接收到一声声报告。

“激光系统准备完毕!”

“液氮注入完毕，可以开启超导磁场!”

“起导磁场正常启动，磁场强度达到要求!”……

史蒂芬.考利一声令下，十二只巨大的红色长臂向上升起，在金色球体的上空交汇在一起，实验可以进行。

随着微量氘和氚元素的注入，在中心快速旋转，一百多支激光枪同时发出亮光，从四面八方照在中心的混合气体上，立刻产生上亿度的高温，引起等离子体膨胀。

可是四周被强电磁场约束，无法向外扩散，于是在中心产生高温高压的环境，达到核聚变的临界条件，氘和氚发生聚变，中心立刻生成一个火球，如同太阳一样发出强烈的光芒和恐怖的热量。

融着厚厚的防辐射玻璃，张冲志也能感受到这种来自太阳般的能量，里面的物质都转化为等离子态，在一个有限区域内高速旋转、翻滚。

张冲志已经观察过仿星器螺旋石实验，它是利用4兆瓦的微波加热装置，使等离子体反应器内温度迅速升高，电子温度达到1亿度，离子温度也升至1000万度摄氏度，氢元素等离子体脉冲持续时间达到了6秒。

这个NStx-U属于托卡马克装置，是采用激光束点燃加热氢元素等离子体。

轩辕国研制的全超导托卡马克核聚变实验装置EASt成功实现了电子温度超过5千万度，持续时间102秒的超高温长脉冲等离子体放电。

等离子体在内部运行非常狂暴，可以说是混沌状态，对于等离子体观测很困难，只能进行“等离子体诊断”，而不能插入一根探针观测，因为这样就会极大影响等离子体的运行。

黑星的探索丝也不能插入等离子体内观测，所以张冲志对高温等离子体的观测，只能通过托克马克或仿星体等装置获得。

几乎所有着可控核聚变都离不开等离子体，因为只要温度足够高，电子都会从原子中脱离出来，物质的第四态就会显现。

而对于核聚变等离子体更加难以把握，它可以说是湍流+高强度磁场+外部扰动。

虽然关于等离子体的问题很多，但是对于它的不稳定性湍流，制约等离子体种种难以难捉摸行为的基本方程现在都是知道的，就是Nasov和maxwell方程，但我们所能做的依然是近似计算或近似模拟。

研究等离子体也无法绕过制约流体运动的Navier-stokes方程(NS方程)机制和约束大量分子运动的boltzmann方程，但这两个方程现在人们也没有办法求解这些偏微分方程。

甚至对于NS方程是否存在方程解和光滑性还没有办法证明。

有的科学家估计，这或许是这个时代的数学工具限制了人类，或许是更深层次的物理法则没有被揭示，又或许这就是自然对人类预测能力所设的一个天花板。

实验进行到十一秒钟，张冲志看出等离子体出现了一点不稳定性，实验又坚持了两秒钟就停了下来，中心的火球迅速暗淡了下去，并很快消失。

接着十二支长臂打开落向地面，工作人员将液氦回收，开始清理实验现场，检查并维修实验设备。

研究人员汇集已经收集到的数据，并对有些数据进行打包，或调出相关的数据进行比对，一切都有条不紊地进行。

张冲志问威滕教授:“教授这样的实验一般都只进行这么短的时间吗?”

威滕教授点点认说:“这种实验一般都只是进行很短时间，一般只是几秒，而且大部分时间只是注入氢气，而没有氘氚，象今天这样的实验很少。

氚太贵重了，每公斤1亿新陆元以上，还有价无市，所以今天很难得。”

咸滕转向史蒂芬.考利问道:“史蒂芬主任，今天收获怎样?”

史蒂芬点了点头说:“有所收获，主要是对前面实验的一次重要验证，通过这次实验我们的把握会大一些。”

张冲志说道:“史蒂芬主任我看到在第十一秒时核聚变反应出现一点不稳定迹象，然后实验就停止了，是这个原因吗?”

史蒂芬一下看向威滕旁边的张冲志，带有一丝惊奇地说:“年轻人好敏锐的眼力和抓问题能力，你可以介绍一下自己吗?”

成滕在旁边插话说:“这是我今年收的博士生，轩辕国人，名字叫张冲志，哥德巴赫猜想的证明者，怎样？有印象吗?”说完高大身体上的头抬得更高了点。

史蒂芬上前一步向张冲志伸出右手，张冲志忙上前握住说:“史蒂芬主任好，张冲志初来乍到，请您多指教!”

史蒂芬晃了晃张冲志的手说:“年轻有为，怪不得一眼看出实验中的关键。”

接着他轻向威滕说:“威膝教授让你得到一个好学生，这就象你灵敏的大脑让人嫉护。”

威滕笑着说:“我一个快70岁的人了，你嫉妒什么?你还年轻，好学生有许多，你慢慢选，哈哈!”

史蒂芬斜了眼有点得意的威滕一眼，对张冲志说:“张冲志，喜欢等离子体物理吗?”

张冲志说:“很有兴趣。”

史蒂芬高兴地说:“欢迎你过来参与。”

看了一眼旁边的威滕，又加了句:“当然是在威滕教援的允许下。”

威滕的脸上立刻绽出笑意。

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