龙的摇篮:华龙一号的“中国心”

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本文为“科幻科普作家进新国企”活动的一部分,写作取材过程部分接受了中国核工业集团的实地取材接待

当人们还在对门口的信号基站指指点点,又怎么可能期待一座座核电站建立起来?然而,当见过了它真实的样子,就会意识到,我们原先的恐惧,仅仅是出于未知。4月24日,有幸受到国资委和中核集团的邀请,我前往成都的某核工业研究机构,进行拜访。

这个单位的大门上没有任何字迹,对外只有一个代号:

909

位于西南某处山里的909纪念碑。

位于西南某处山里的909纪念碑。

核潜艇起家

909前身是研究核潜艇的。故事开端于毛主席当年的一句“核潜艇,一万年也要搞出来!”

1965年8月,核潜艇工程启动。

而核潜艇,最重要的还是那个“核”,也就是核反应堆动力源。这里的核反应是指核裂变。根据爱因斯坦妇孺皆知的方程:E=mc2。物质质量“消失”时,会产生巨大能量。

最著名的例子,我不说你都知道,就是原子弹。

1965年9月,代号909的研究基地成立。次年,8000人从全国各地,操着各种口音,开进了西南地区的这座山沟。

当时,整个研究团队,几乎没人懂核,更没人懂核潜艇。资料极度匮乏,研究人员手头只有三张模糊不清的照片和一个美国的潜艇玩具。更倒霉的是,赶上了困难时期,8000子弟到了这里,第一年基本是在采野菜。当时,核潜艇总设计师彭士禄,住着简陋的土房子,房间里只有一张行军床和一个书桌。

核潜艇总设计师彭士禄当年的住处

核潜艇总设计师彭士禄当年的住处

但就是这种环境,中国人从零开始,克服万难,搞起了核潜艇。1971年,我国第一艘核潜艇“长征一号”试航。

核潜艇,不用一万年,五年就够了。

华龙一号

现在的909,将更多的精力投注到了新的领域——核电站。核电站的工作原理也简单:通过精心控制核裂变,用核能去加热水,产生水蒸气驱动发电机发电。简单来说,就是“烧热水”。

核电站工作原理,图片来源:维基百科

核电站工作原理,图片来源:维基百科

相比于火电站,核电站“烧热水”的资源利用率更高,据计算,1千克铀裂变释放出的能量相当于2500吨煤。

中国目前最好的核电站,名叫“华龙一号”。

建设中的华龙一号核电站,供图:中国核动力研究设计院。

建设中的华龙一号核电站,供图:中国核动力研究设计院。

我们得到机会,跟“华龙一号”的主要设计者们进行了一次谈话。从事核电站研究的各位,不过都是普通人模样。混在人群中,你很难想象,他们的手里,掌握着惊天动地的力量。不过,从核动力历史,到蒸发器制造,只要开始谈“核”,他们眼里就会发光。当然,说到某些内容时,谈话会戛然而止,双方有默契地笑而不语。

从目前公开的资料来看,“华龙一号”最核心的两部分:一个是堆芯,另一个是安全系统。堆芯里面存储着核原料,通过裂变反应,产生热量,加热周围的水。从这个意义上来讲,堆芯,就如同一个核裂变版的“热得快”。堆芯的外形如同一大把插在筷子笼里的筷子,“筷子”的数量及排列方式,是核电机型最核心的特征。

“华龙一号”堆芯,图片来源:China-nea.cn

“华龙一号”堆芯,图片来源:China-nea.cn

国外普遍采用堆芯的构型是“121堆芯”和“157堆芯”,即每个堆芯里面有121或者157个燃料组件。1997年,我国学者首次提出“177堆芯”的概念,也就是把堆芯中组件数量提升到177个。增加组件数量,不仅可以提高发电功率,又能有效降低每个单独燃料组件的运作功率,提高安全性。当然,这一方案也是经过了十余年的探索与优化,才最终投入使用。现在,说到核电站,只要一提“177”,全世界就知道,这是中国人的技术。

安全到飞机撞上都没事

安全,肯定是我们最大的疑虑。

首先,这有两个基本常识:

1、核电站绝对不是原子弹,核电站不可能发生核爆炸。因为铀的浓缩度不够,原子弹中的铀-235含量高达90%以上,而核电站中用到铀的浓缩度不超过5%。

2、核电站的辐射水平很低。衡量辐射对生物影响的单位叫做西弗(Sv),核电站周围的辐射是每年0.01毫西弗。与之相比,自然界中,来自天空、海洋、土壤、空气中的辐射是每年2.4毫西弗;再比如,从北京坐飞机往返巴黎,受到的辐射是0.04毫西弗。换句话说,去欧洲旅行一次,受到辐射量,相当于在核电站附近住了四年。

如今,核电站最大的安全隐患,是突发意外后,裂变反应所残余的巨大热量。这就如同,用电磁炉搞了顿火锅,吃完菜,关了电源,但炉子依然烫手。

在这件事上,人类吃过最大的亏是日本福岛核电站事故。

2011年3月20日无人机航拍的海啸后的福岛第一核电站,从右至左分别是第1、2、3、4机组。冒出的白烟是水蒸气。图片来源:Air Photo Service Co. Ltd., Japan

2011年3月20日无人机航拍的海啸后的福岛第一核电站,从右至左分别是第1、2、3、4机组。冒出的白烟是水蒸气。图片来源:Air Photo Service Co. Ltd., Japan

2011年,日本东北部发生里氏9级强震,电网遭到了大面积破坏。位于此地区的日本福岛第一核电站,全厂断电,反应堆关停。为了应对巨大的余热,福岛核电站采用的措施是,借助外部电力把余热排出,这套系统叫做“能动”安全装置。

然而,福岛核电站中,作为备用电源的应急发电机被海啸淹没。没了电力,能动系统陷入瘫痪,无法给反应堆降温。巨大的热量无法导出,堆芯熔毁。同时,反应堆材料与水蒸气反应产生了大量氢气,在厂房内聚集。热量+氢气,一场爆炸在所难免。巨大的冲击波掀翻了厂房,同时喷射出大量放射性物质。

“福岛核事故”被定义为7级核事故,上一次得到这个评级的,是切尔诺贝利。

而此时,“华龙一号”的前身——CP1000已经通过了安全审查,正准备动工建设。福岛事故发生后,我国紧急暂停了相关项目的所有工作。一名高级工程人员回忆道,“就好像婚礼上,迎亲的队伍已经出去了,突然这婚不结了。”

没办法,为了安全,需要再升级,也就有了如今的“华龙一号”。吸取了福岛的教训,“华龙一号”在原有“能动”系统基础上,又引入了一套“非能动”安全装置。所谓的“非能动”,是指事故发生后,不用电力,就可以导出余热的安全措施。

华龙一号“非能动”部分安全装置实验台,供图:赵洋

华龙一号“非能动”部分安全装置实验台,供图:赵洋

华龙一号的“非能动”系统主要有三部分,分别是:冷却水箱,消氢装置和双层外壳。首先,华龙一号中有巨大的冷却水箱,里面存着约三千吨的水。发生严重事故时,在重力作用下,这些水会迅速注入堆腔,冷却堆芯。第二是消氢系统。为了防止福岛出现的氢气爆炸,华龙一号安装了几十台氢气复合器,里面有很多催化剂,可以通过化学反应将氢气变成水。再有,不同于现有核电站的单层外壳,华龙一号的外壳有两层。这种安全壳除了能防止放射物跑到室外,还能抵抗外部的巨大冲击。

双层壳有多安全呢?工作人员说:“飞机撞上都没事”。

看似繁琐冗余的安全措施叠加在一起,虽然提升了成本,但是,华龙一号想做的是,100%的安全。

国家名片

“华龙一号”整套机组共有6万多台设备,5300多家企业涉及生产,20万人先后参加建设。而且,全是中国自己的技术。177堆芯,“能动+非能动”安全系统,全自主知识产权,“华龙一号”是中国的一张国家名片。

现在,已有两台“华龙一号”机组在巴基斯坦开始建设,并与多个国家达成合作意向。

华龙一号全球首堆示范工程福清核电基地,图片来源:中核集团

华龙一号全球首堆示范工程福清核电基地,图片来源:中核集团

2020年,华龙一号,将首次商运。

这条中华之龙,明年,起飞。

『我的英雄动物』(一)All Might & 雄英A班

本文来自微信号“濑尿虾的松鼠窝”(redqueen0831),未经允许,不得商业转载。

这个之前发在本人微博上的短文系列,一句话,就是用现实中的生物能力,去比拟《我的英雄学院》里的超能力。选了《我的英雄学院》,一是这个作品对超能力的规定比较清晰,又有多样性,二是因为这个作品虽然有种种不足,它的亮点还是足够闪光的(我永远喜欢绿谷出久)。

在这里做个汇总吧。

One for all

持有人:All Might & 绿谷出久

对应物种:“粉碎型”虾蛄(Stomatopoda

红后-我的英雄动物-1

虾蛄,或者说皮皮虾,根据攻击方式的不同,分为“粉碎型”和“刺穿型”。“粉碎型”皮皮虾的武器,是它们的第二对颚足(maxillipeds),从外往里数的第一个关节,这里的外骨骼异常坚厚,成了拳击手套的形状,可以像拳头一样发出重击。

蝉型齿指虾蛄(Odontodactylus scyllarus),又叫孔雀螳螂虾,一次打击用时不到100微秒,最大加速度超过100米/秒,打击力达到1501牛。

“超强拳头”的设定,在漫画里太常见了,从打击效果上,你可以说皮皮虾的能力是“感恩的直拳”(《猎人》),或者“连续普通拳”(《一拳超人》),甚至说是“里莲华”(《火影》)都没什么不可。但我还是选了它做OFA,因为OFA并非是肌体本身的力量,而是对储蓄起来的力量的巧妙应用,皮皮虾的能力也是如此。

红后-我的英雄动物-2

皮皮虾的颚足上有一个类似“闩”的结构,可以把折叠的颚足锁住。皮皮虾的打击原理有一点像弩箭,锁紧颚足,持续加力,然后“闩”突然松开,一下释放。以皮皮虾的颚足大小来算,它每公斤肌肉能产生几万到几十万千瓦的动能,远大于动物机体的极限。

和OFA一样,释放巨大的冲击时,皮皮虾的小拳拳也承受着巨大的反作用力,它的外骨骼具有巧妙的结构,由羟磷灰石包裹几丁质,构成超抗冲击力的护甲,科学家希望能仿生这种材料结构,来制造防弹衣。而且,皮皮虾可以蜕壳再长新的,这可比OFA方便多了。

图片来源:S. N. Patek et al. (2013) Journal of Experimental Biology 216: 1317-1329

图片来源:S. N. Patek et al. (2013) Journal of Experimental Biology 216: 1317-1329

爆破

持有人:爆豪胜己

对应物种:气步甲(Brachinoid族和Paussoid族)、桑氏平头蚁(Colobopsis saundersi

红后-我的英雄动物-4

第二篇就是爆豪啊……好吧,我尽量不带主观情绪地做这一篇,但你是不能指望从我这里看到CP的!

实在太情绪化了,我们继续。

气步甲拥有昆虫中最劲爆的防御武器。它体内有两个腔室,分别储存对苯二酚和过氧化氢,混合之后可以产生有毒物质苯醌,然后从腹部末端的小孔喷射出去。

图片来源:Angelo Pasini et al. (2013) In 49th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint PropulsionConference (p. 3756).

图片来源:Angelo Pasini et al. (2013) In 49th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint PropulsionConference (p. 3756).

这个反应产热很猛烈,液体的温度接近沸腾。气步甲可以通过转动腹部,调整射击的位置,有的气步甲鞘翅上还有沟槽,可以作为“枪管”,引导“喷枪”喷出更远。

图片来源:Angelo Pasini et al. (2013) In 49th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint PropulsionConference (p. 3756).

图片来源:Angelo Pasini et al. (2013) In 49th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint PropulsionConference (p. 3756).

桑氏平头蚁(过去归类为弓背蚁属Camponotus)兵蚁是活炸弹。下颌腺异常巨大,几乎占满了头部,还向后延伸,充满了胸部和腹部。

作者:Mark Moffett

作者:Mark Moffett

这两个腺体里装的是黏胶状的混合物,具有很强的毒性。遇到捕食者(一般是其他种类的蚂蚁)时,桑氏弓背蚁猛力收缩肌肉,就像捏爆水气球一样,身体裂开,把毒胶泼到敌人身上。虽然它牺牲了性命,但可以保全蚁巢里的姐妹和蚁后,让自己的基因通过近亲延续下去。从这方面来说,极度自我中心的某些人,倒应该向蚂蚁学习学习……

作者:Jay Hosler

作者:Jay Hosler

说好的不带情绪化呢……

无重力

持有人:丽日御茶子

对应物种:飞鼠(Pteromyini族)、脊鳍蜥(Basiliscus属

红后-我的英雄动物-9

虽然长得可爱,飞鼠(也叫鼯鼠)的名声似乎不太好。那个冬天不垒窝,把自己冻死的“寒号鸟”,原型就是飞鼠。《荀子》里面嘲笑它“五技而穷”,干啥啥都不精通。其实这是天大的误会,在滑翔这一技上,无人能与飞鼠相比。

飞鼠的滑翔不是像纸飞机那样简单下降,它产生的升力能达到体重六倍,速度也远远超过“纸飞机”式的滑翔。它还可以跟气流飞成60°的大斜角,一般飞机到15-20°就会失速。

图片:pixabay

图片:pixabay

它的翼膜内部有神经和肌肉,听从操纵,可软可硬,在控制气流方面,超过一切机翼。它的前爪手腕处,还有两块凸出来的软骨,形成了两个“翼尖”,可以调节翼膜前端的气旋,作用类似喷气式飞机的“小翼”。

脊鳍蜥(这个名字跟虚渊玄没什么关系),也叫蛇怪蜥蜴,因为它能在水面上奔跑,看上去好像神迹,又名耶稣蜥蜴。脊鳍蜥在踩水时,靠着脚下产生的空气泡,把自己举到空中。因为它的步伐非常快(频率可达每秒20步),水来不及“拉住”脊鳍蜥的脚。

人类如果想像蜥蜴一样水上飘,也许需要丽日同学的力量。2012年,意大利物理学家米内蒂(Alberto Minetti)和同事们做了一个实验,证明在月球上(引力小),人是可以在水上跑步的。这项研究荣获2013年搞笑诺贝尔奖。

图片:Alberto E. Minetti et al. (2012) PLoS ONE, 7(7), e37300.

图片:Alberto E. Minetti et al. (2012) PLoS ONE, 7(7), e37300.

无重力

持有人:饭田天哉

对应物种:跳蛛(Salticidae)

红后-我的英雄动物-12

看外表完全觉不出,眼镜老哥是这种爆发性很强的能力。单看跳蛛无辜(?)的大眼睛,也很难想象它们是敏捷凶狠的小小杀手。跳蛛能跳出身长的50倍距离,像鹰一样从天而降,落到猎物身上。它的动作极其灵活,能够从垂直平面,或者天花板上起跳,还能在空中翻身。

图片:pixabay

图片:pixabay

那么为何说它是眼镜兄呢?因为跳蛛的脚上装着“小引擎”。它靠着第三、四对腿猛蹬地面,获得反作用力起跳。在它的腿上,对于跳跃最重要的三个关节里,只有一个有伸肌,其余两个关节是靠体内的液压驱动的。液压的动力来自前半部分身体的压力,瞬间压强可以达到6万帕斯卡。关节因液压膨胀,然后伸展,把跳蛛弹向空中。它能在2毫秒内产生70厘米/秒的加速度。

冰火

持有人:轰焦冻

对应物种:巨型管状蠕虫(Riftia pachyptila

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我知道,它配轰焦冻是有点不好看(捂脸)。

管状蠕虫是海底热液喷口的特有动物。海底热液喷口,分布在800-3500米海底深处,从喷口里不断流出含有甲烷、硫化氢和金属元素的热流,喷口温度可高达350℃,而海水温度近乎0℃。

一端是冰冷的海水,一端是炙热的喷泉,管状蠕虫可以说是在冰与炎之间求生存的,头尾温差可以超过60℃。它体内生活着大量的细菌,这些细菌利用热流中硫化物的化学能,合成有机物,不需要阳光和光合作用。管状蠕虫没有可以进食的嘴和胃,完全靠这些细菌提供的营养为生。你可以说它们是吃“火”的动物。

所以说妖尾里的纳兹也是它?

图片:NOAA image

图片:NOAA image

也许生活在这种极端的环境里,也算是管状蠕虫之幸。深海没有阳光,没有大多数生物赖以为生的能量源,所以大多数区域都是极端贫瘠的。热液口虽然条件极端,却拥有丰富的化学能量,管状蠕虫生长速度很快,两年可以长1.5米,而它的亲戚,同样靠共生细菌为生的Lamellibrachia luymesi,两年只能长2厘米。

顺带一提,像焦冻这样,身体不同部分呈现不同特征的现象,在生物学上叫嵌合体(chimera),对,就是怪兽奇美拉这个chimera,这也是《猎人》里“奇美拉蚁”的来源。嵌合体可能来自基因突变,也可能是在同一个身体里拥有来源不同的细胞。

我们最熟悉的一种嵌合体是三花猫。三花猫几乎都是母猫。这是因为,主管三花毛色的基因在X染色体上。雌性哺乳动物(包括人)有两条X染色体,在每个细胞里,这些X染色体随机关闭一条。三花猫既有“黑色”也有“黄色”的X染色体基因,所以会呈现三色。公猫只有一条X染色体,所以要么是黑花,要么是黄花。极小的概率下,会出现XXY染色体的公猫,所以三花也有公猫,只是非常少而已。

红后-我的动物英雄-16

硬化

持有人:切岛锐儿郎

对应物种:盔鼩鼱(Scutisorex spp.

红后-我的动物英雄-17

盔鼩鼱又叫英雄鼩鼱(hero shrew)。现在已知有两种,S. somereniS.thori。后者是用托尔(Thor)命名的,发现者说这个托尔指的是雷神,不过在我看来,更适合理解成超级英雄。盔鼩鼱的体重还不到100克,却能承受一个70公斤的人站在背上,芒贝图人(Mangbetu)认为它有神奇的力量,可以保佑战士刀枪不入。

盔鼩鼱的特殊能力来自脊椎骨。它的脊椎极其粗壮,重量达到体重的4%。它的腰椎数量异常增多(人类有5个腰椎,S. somereni有10-11个,S.thori有8个),呈现锯齿交错的圆柱形状,以复杂的小结节(tubercle)啮合在一起,构成了一道坚固的“拱桥”。另外它的肋骨和背部肌肉也有助于承重。

图片:Peter Spelt

图片:Peter Spelt

我们还不知道这个脊椎是用来干什么的,一种猜想是,它可以用身体当支点,顶开地上的木头或者棕榈树叶,钻到下面去捉虫。

TBC……

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梵高、伦勃朗、毕加索……毁掉的画作,而X射线早已看透了一切

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17世纪女画家阿特米西亚·简提内斯基(Artemisia Gentileschi)是巴洛克时期的重要艺术家,也是卡拉瓦乔画派的杰出代表,其主要作品《抹大拉的玛丽亚》、《苏珊娜与长者们》、《尤迪砍下何乐弗尼的头》因其强烈的女性主义色彩而被反复讨论,在绘画史上占据了一席之地。

▲ Artemisia Gentileschi, Self-Portrait as the Allegory of Painting, 1638–1639,Royal Collection

▲ Artemisia Gentileschi, Self-Portrait as the Allegory of Painting, 1638–1639,Royal Collection

她的传奇身世也是女性平权领域的经典话题,18岁那年阿特米西亚被老师阿格斯提诺·塔西强奸,提出控诉之后,她本人也在审讯过程中饱尝折磨,但倔强的她克服了各种偏见和压制,最终和父亲奥拉其奥·简提列斯基一起,把塔西送入审判。像那个时代绝大多数成名画家一样,阿特米西亚·简提内斯基也是在有钱人的资(bao)助(yang)之下才能安心画画,留下传世之作的。她在1612年之后随丈夫皮埃托·斯提阿特西(Pierantonio Stiattesi)定居意大利佛罗伦萨,成为一名宫廷画家,美第奇家族和英格兰国王查理一世向她伸来援手。作为回报,她也给他们献上了相当数量的肖像画,其中就包括给大公费迪南多·德·梅第奇的女儿卡特琳娜(也是一位传奇女性)的两幅肖像《圣凯瑟琳娜的自画像》和《亚历山大的圣凯瑟琳娜》。前者创作于1615-1617年间,现被伦敦的英国国家美术馆收藏,后者创作于1619年,现存于佛罗伦萨当地的乌菲齐美术馆。

▲ Saint Catherine of Alexandria,Artemisia Gentileschi,1619,Galleria degliUffizi

▲ Saint Catherine of Alexandria,Artemisia Gentileschi,1619,Galleria degliUffizi

▲ Self-Portrait as Saint Catherine of Alexandria,ArtemisiaGentileschi,1615-1617,The National Gallery,London

▲ Self-Portrait as Saint Catherine of Alexandria,ArtemisiaGentileschi,1615-1617,The National Gallery,London

最近,佛罗伦萨的艺术品研究机构Opificiodelle Pietre Dure花了一个多月的时间,对《亚历山大的圣凯瑟琳娜》进行了红外、紫外成像以及X荧光光谱分析等非入侵探测,发现了这幅画中隐藏了5个世纪之久的一个秘密。就在3月5日,两位领衔此次检测的专家Maria Luisa Reginella和Roberto Bellucci对外宣布,其实这副肖像是在《圣凯瑟琳娜的自画像》基础上修改而成的,而且简提列斯基在最初可能还使用了自己的脸来作为初始草稿,因为表层颜料之下画布之上分明还有另一张小脸。

小庄-X射线早已看穿了一切-4

这真是一个有趣的发现,但也不算多么稀奇之事了,事实上,这些年来X射线已逐渐成为了艺术品鉴定的普遍方法,比起以前较多采用的红外和紫外成像技术,它可以得到更深层、全面的信息。比如纸张的性质和来源、颜料中的痕量矿物质和其他元素,以及成品下面的预备草图,从而追溯绘画实施时的线索和地点。

为了找到这些“隐藏的画作”,技术人员需要将强度不同的千伏电压施加到机器上,电压越高,就能看到越深的颜料层。另外,曝光时间也是一个重要因素,并非越长越好,和照相一样,过度曝光得到的画质反而不好。过去,艺术实验室使用一系列称为格林兹射线的“软”X射线——波长较长,但强度较低,是艺术鉴定的理想选择,机器也可以做成便携式的。而在近年,由于粒子加速器技术的发展,扫描宏观X射线荧光分析(XRF)逐渐成为了主流。像是梵高、伦勃朗、毕加索这些顶级画家的作品,早就被X射线看了个透。你知道梵高的草地之下有什么吗?你知道伦勃朗和毕加索的画要涂改多少次吗?表象之下浮现的惊人秘密,常让人遐想不已。

我们可能永远不会得知一些原始画作被放弃的原因,但忍不住,会去揣摩背后的故事。

梵高的草地和鲜花下面都是人

▲ Patch of Grass,Vincent van Gogh,1887,Kroller-Mullermuseum

▲ Patch of Grass,Vincent van Gogh,1887,Kroller-Mullermuseum

2008年,由荷兰代尔夫特理工大学的Joris Dik和比利时安特卫普大学的Koen Janssens两人带领的团队对文艺青年们最喜欢的文森特·梵高的一幅《草丛》做了X射线分析,这幅画1887年完成于巴黎,珍藏在荷兰克罗勒·穆勒博物馆。

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科学家们使用同步加速器(示意图如上)产生的高能X射线束——直径大约如同一支铅笔那么粗——扫描了这张照片整整两天。颜料中的原子会被射线激发而释放出“荧光”,这样就能得到其中的化学物质组成。而根据特定的一些成分,尤其是金属,能够推断出原有的颜料颜色。

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所以这张绿草茵茵之下,其实是这个样子的——一个农妇的半身像!

小庄-X射线早已看透了一切-

2013年,安特卫普大学的Matthias Alfeld对梵高的另一幅《花静物》也做了XRF,发现下面也仍然是另有玄机,一幅隐藏画作妥妥地躺在下面,和草地那张一样,你需要把原画横过来看。

▲ Flower Still Life,Vincent van Gogh,1887,Kroller-Mullermuseum

▲ Flower Still Life,Vincent van Gogh,1887,Kroller-Mullermuseum

小庄-X射线早已看透了一切-8

该团队还根据不同的金属离子,恢复出来隐藏画作画面左边的那只手,并和他的《吃土豆的人》中的手做对比,推测原来这张画有没有可能是那张的练习作。

小庄-X射线早已看透了一切-10

梵高写给弟弟提奥的信件中,编号555的那封有这样一句话:“这周我画了一个很大的东西,上面有两个裸体——两个摔跤手,这是韦拉特(他的绘画老师)摆的姿势。我真的很喜欢这样做。”这封信的写作时间是1886年1月26日,其中描绘的画作迄今也未被发现,MatthiasAlfeld认为,很有可能就是这副已经被覆盖了的隐藏作品。

对于梵高来说,这么做的原因,一个是他很可能很快就发现自己并不满意之前画的东西,想要把它毁掉,另一个则在于他要把画布省着点用,我们都知道这位大师生前一直是个穷鬼。据研究人员分析,他留下的三分之一的作品都是画下有画,也是蛮心酸的。

伦勃朗的军装老人下放弃了一位年轻人

▲ An Old Man in Military Costume,Rembrandt Harmenszoonvan Rijn,1630-1631,Getty Museum

▲ An Old Man in Military Costume,Rembrandt Harmenszoonvan Rijn,1630-1631,Getty Museum

早在1968年,就有人发现伦勃朗的《穿军装的老人》也不简单,下面隐隐有点别的什么东西。

这副名作1978年被洛杉矶的盖蒂博物馆收藏,1996年,盖蒂保护研究院的资深科学家Karen Trentelman等人用当时还不太精确的早期技术——称为中子活化放射自显影——对其进行了探测,确定了颜料中的元素,但还达不到创建详细图像所需的精确度。

2013年,该机构邀请前面给梵高《草丛》做分析的团队,也就是安特卫普大学的KoenJanssens、Geert vander Snickt和代尔夫特理工大学的Joris Dik等人,给他的同胞也做了个荧光显影。实验在盖蒂礼品店下面的一个保护实验室进行,扫了30个小时,终于,扫出来了一个年轻人的样子!据他们分析,被伦勃朗放弃的那个小伙子有一副健康的粉红(水银、铅)肤色,穿着一件绿色(铜)的斗篷,衣领很厚,可能是灰色的。相关文章于2015年发表在了《应用物理A》(Applied Physics A)期刊上。

小庄-X射线早已看透了一切-

德加的无名女人肖像下是著名的人体模特

▲ Portraitof a Woman,Edgar Degas,1876-1880,NationalGallery of Victoria

▲ Portraitof a Woman,Edgar Degas,1876-1880,NationalGallery of Victoria

2016年,Nature旗下的《科学报告》(Scientific Report)期刊报道了澳大利亚同步加速器和墨尔本维多利亚美术馆的一项联合研究,David Thurrowgood和Daryl L. Howard等人对印象派画家埃德加·德加的一幅女人肖像做了X射线荧光分析后发现,这张画原来的主角可能是法国著名的人体模特Emma Dobigny。她曾为德加效力20年,承担过各种角色,同时她也为其他艺术家——包括象征主义画家Puvis deChavannes和现实主义画家Camille Corot——担任模特。

还原出来的画像显示,它和原画像正好倒了过来。Dobigny的脸主要由锌白色颜料涂覆,还有来自铁基赤铁矿钴蓝色和红色为肤色增添了细微的变化。硫化汞则为脸颊和嘴唇带来了朱红色。而头部周围发现的铁锰化合物则表明,德加为她的头发使用了棕色。同时,亚砷酸铜制成的绿色颜料被用于涂抹头饰等。

小庄-X射线早已看透了一切-

小庄-X射线早已看透了一切-

小庄-X射线早已看透了一切-

小庄-X射线早已看透了一切-

毕加索老吉他手的前身是两位女性、一个小孩,可能还有一头牛

▲ The Old Guitarist,PabloPicasso,1903,The Art Institute of Chicago

▲ The Old Guitarist,PabloPicasso,1903,The Art Institute of Chicago

毕加索的《老吉他手》是这位艺术家“蓝色时期”最重要的画作之一,创作于巴塞罗那,现存于芝加哥艺术学院。2012年,几年前,艺术学院的保护部门对这幅画进行X光检测,发现了这幅画下面还有两个看不见的人,一位头部向前弯曲的老年女性和一位年轻的母亲。而且她们分属不同的颜料层,显然是不同时间画下的,在年轻母亲身边左侧跪着一个嗷嗷待哺的小孩,右侧还有一头牛。

小庄-X射线早已看透了一切-

小庄-X射线早已看透了一切-

这两张画居然都在毕加索的手稿里找到了对应的参照草图,1902年3月,毕加索的速写本上画过一个女性形象,姿势和第一幅画作中的老妇人相似。在他后来写给Max Jacob的一封信中,涂了一张有母亲和孩子的草图,说自己正在画这幅。

样本分析显示,这个三明治里用到的都是他在那个阶段常用的颜料,包括大量的普鲁士蓝,那张母子图正好处于夹心部分。1901-1904年间,毕加索的画作大面积只使用蓝色,被称为“蓝色时期”,这和他早年的郁郁不得志也有一定相关。之后他就将进入“粉色时期”(1904-1906),真正确立“立体主义”风格是再晚上十年之后。

小庄-X射线早已看透了一切-

参考资料

Artemisia Gentileschi colpisce ancora

https://www.artexpertswebsite.com/scientific-tests/x-ray-examination.php

https://link.springer.com/article/10.1007/s00339-015-9426-3

https://www.nature.com/articles/srep29594

http://www.publicartinchicago.com/aic-the-old-guitarist-by-pablo-picasso-and-what-lies-beneath

只要躺着就有钱拿,还能推动科学进步?

本文来自果壳网微信公众号“果壳”,未经许可不得进行商业转载

起床困难的懒惰人士可能都有同一个梦想:过上整天只需要躺平的生活,能不下床就不下床。如果世界上有一份工作只要整天躺着就有钱拿,那就再好不过了。

事实上,这样的工作还真有,而且还能为科学做贡献——只不过,它的过程远不像人们想象的那样惬意。

这个研究专门雇人躺着

像美国宇航局(NASA)、欧空局(ESA)这样的航天机构时不时就会招募一些志愿者,让他们整天躺在床上,进行“卧床研究”(Bedrest studies)。

为科学而躺 | ESA

为科学而躺 | ESA

这些让人卧床的实验基本都是为了模拟失重状态下的人体变化。在太空中,宇航员的身体会发生很多变化,例如头部肿胀、肌肉萎缩、骨质流失。而长时间卧床的被试也会出现类似的变化,研究者可以通过他们,研究这些变化出现的规律,以及什么样的措施能改善宇航员的健康。

直接观察失重环境下的宇航员自然是最理想的,但送人上太空毕竟成本太高,可观察的样本量也太小了。因此,“枕头宇航员”(pillownauts,卧床实验志愿者的昵称)可以提供重要的数据补充。

这些人被称为“pillownauts”,也就是枕头(pillow)+宇航员(astronaut) | ESA

这些人被称为“pillownauts”,也就是枕头(pillow)+宇航员(astronaut) | ESA

除了航天事业外,从这些志愿者身上得来的数据也可以应用于那些长期卧床的患者,帮助他们更好地康复。

这些卧床实验通常会招募20-45岁的健康志愿者,他们有时只需要躺倒5天,但也有时候正式卧床的部分就长达3个月,再加上前后的适应期,得在研究中心住上一百多天。参与实验可以得到报酬,例如据报道,最近一次在德国进行的60天卧床实验会为志愿者支付16500欧元[1]。

整天躺着就算为科研做贡献,而且还有钱拿,那岂不是太完美了?不,你会这样想,只能说明你对卧床不起的辛苦一无所知。

卧床实验并不是躺下就好,它其实远比人们想象的更严格,也更辛苦。欧空局在介绍页面上强调,这些实验想要的是有“高度积极性”的志愿者。只有那些能空出大块时间,还愿意为太空事业克服困难的人才能胜任。

躺着,但不是躺平

首先,受试者其实不是“平躺”在床上的。通常,他们的床头角度会被调低6°,实际处于稍微大头朝下的状态。为什么要这样?宇航员在失重环境下会进入“头变肿,腿变细”的状态,头朝下躺着更能模拟这种状态,而床头调低6°是研究者们认为最能兼顾效果与被试感受的角度。

被试躺在倾斜的床上 | ESA

被试躺在倾斜的床上 | ESA

没日没夜地躺着其实并不舒服,尤其是在实验刚开始的几天。受试者们经常抱怨自己头疼背也疼——这是实验早期最常见的症状。除此之外,亲历者Andrew Iwanicki还表示,倾斜的床总是会让他睡着睡着就脑袋顶到床头[2]。

来,挑战一下躺着洗澡

整天躺着还意味着被试们要和日常的生活习惯彻底说再见了。在实验期间,不仅要告别所有上班、上学或者出去玩的计划,而且连吃饭、洗澡、上厕所都全部要在床上解决。

吃饭也别忘了肩膀贴床 | NASA

吃饭也别忘了肩膀贴床 | NASA

根据欧空局(ESA)的要求,在实验期间,被试任何时候都要保持至少一边肩膀贴在床上的姿势。吃饭要么是趴着,要么是侧躺着;上厕所只能使用和卧床病人一样的便壶;而洗澡则要躺着使用手持淋浴花洒[2]——这个姿势不仅把全身都洗到非常困难,而且一不小心恐怕就要把水灌进鼻孔……

躺着也要运动

在卧床期间和实验前后,被试们自然还需要进行很多检查,并配合研究者对各种“干预手段”进行测试,验证它们是否能减轻失重对健康带来的不良影响。这些手段可能会是某种高蛋白补充剂,或者专门定制的锻炼计划。

常见的研究项目包括定期检测肌肉和骨密度,以及在研究者的指导下进行运动——是的,虽然躺下了,但依然要运动。卧床被试们的健身器材自然也是专用的,比如下图中这台可以躺着蹬的单车。一边运动,还要一边进行心跳、血压、耗氧量等一系列的监测。

躺着运动,同时配合各种检查 | ESA

躺着运动,同时配合各种检查 | ESA

在一些研究里,还有其他额外项目要做,比如2019年3月刚刚开始的新一轮实验就要对“人造重力”进行测试[3]。“人造重力”具体是怎么做的?其实就是被试们要定期躺上一台短臂离心机“甩一甩”,让血液更容易分布到腿上。

用于“人造重力”实验的短臂离心机 | ESA

用于“人造重力”实验的短臂离心机 | ESA

刷剧可以,吃零食没门

配合日常检查和实验要求的项目之外,剩下时间就可以自由支配了。想看剧,想玩游戏,想读书或者上网,统统没有问题——只要不起身就行。研究者对被试的娱乐活动并没有什么特殊限制,毕竟这要再限制,日子就真没法过了……

当然,你也可以跟旁边的人一起玩 | Johnson Space Center

当然,你也可以跟旁边的人一起玩 | Johnson Space Center

不过,想要对抗2-3个月的单调生活,只是漫无目的地打游戏上网可能还不够。ESA更推荐被试们用这远离尘嚣的时间做点有计划的事情,比如学习外语,或者撰写书稿。这样床上生活能变得更充实一些,说不定还对解决拖延症有奇效。

虽然多了很多空闲时间,但实验期间依然有些乐趣无法享受——例如自由选择爱吃的食物。研究中,被试们的食谱都受到严格控制。抱着薯片刷剧?别想了。点个外卖或者托朋友带吃的?不存在的。对餐食不满怎么办?很抱歉,为了保证数据一致,你还是得按计划吃饭,最多的让步仅限于多给点黑胡椒调味而已。

此外,热爱社交的被试大概也会感到相当寂寞。虽然亲朋好友可以前来探视(和住院的感觉差不多),也可以电话或者网上交流,但想要起身给他们一个拥抱或者去参加聚会就都做不到了。什么,你说你最讨厌社交了?那好吧……

起床才是真正的挑战

不管怎么说,卧床不起的日子总会结束,最多只要坚持上2-3个月,就可以愉快地起床拿钱走人啦。

不不,你想多了。已经在床上适应了“失重”的身体可不是随便就能下地行走自如。就像刚刚返回的宇航员一样,“枕头宇航员”也得花点时间重新适应“地球生活”。

调成接近垂直的床,这是“枕头宇航员”重返“地球生活”的第一步 | ESA

调成接近垂直的床,这是“枕头宇航员”重返“地球生活”的第一步 | ESA

结束实验时,研究者会首先帮被试慢慢调节床的角度,直到把床调成垂直。他们会先鼓励“枕头宇航员”们尝试站立15分钟,但据说实际并没有人能坚持这么长时间。突然改变的血液分布,萎缩的腿部肌肉,再加上平衡感丧失,此时的被试多半过几分钟就站不住了。

亲历者Andrew Iwanicki表示,这久违的直立令他心跳加速、冷汗直流、眼前发黑,感觉下一刻就要昏过去[4]。另一位被试Dorota则在“卧床日记”中写到:“起床之后,感觉整个世界都在动个不停”[5]。

一位“枕头宇航员”在进行恢复平衡的训练 | ESA

一位“枕头宇航员”在进行恢复平衡的训练 | ESA

好在,人体的适应能力确实很强。在数周的康复训练之后,“枕头宇航员”们就能恢复原状,回到自己的日常生活中了。

看到这里,你还会想要这份整天躺着的工作吗?如果还想的话,就先去确认一下自己能不能请下三个月的假吧……

参考文献

  1. https://edition.cnn.com/2019/03/28/health/nasa-bed-rest-study-scn-trnd/index.html
  2. https://www.vice.com/en_us/article/av4a4a/nasa-patient-8179-100
  3. https://www.esa.int/Our_Activities/Human_and_Robotic_Exploration/Testing_the_value_of_artificial_gravity_for_astronaut_health
  4. https://www.vice.com/en_us/article/jma83d/nasa-patient-8179-200
  5. https://www.esa.int/Our_Activities/Human_and_Robotic_Exploration/Bedrest_studies/Standing_on_your_own_two_feet

“等离子消毒”洗菜机?扒一扒那些果蔬清洗机的套路

有网友说家人买了一台洗菜机,具有“等离子消毒”功能,听起来很高大上。这个“等离子消毒”是个什么功能?市场上还有各种“果蔬清洗机”,广告中充满了让人不明觉厉的科学名词。

这些设备,是不是靠谱呢?

该图片由Jacqueline Sosa在Pixabay上发布

该图片由Jacqueline Sosa在Pixabay上发布

“等离子消毒”用于果蔬是噱头

等离子消毒是一种低温消毒技术。它利用等离子发生装置,让电子和原子核分离从而呈现“离子态”。在总体上,正负电荷还是相等的,所以叫做“等离子体”。这是常见的固态、液态和气态之外的另一种物质形态。等离子体在现代工业中应用广泛。它具有“低温杀菌”的能力,在许多不便于使用高温杀菌的地方大有用武之地,比如空气消毒、医疗器械灭菌等等。

理论上,它也可以用于果蔬消毒。不过,“消毒”是为了杀灭细菌。对于水果来说,经过常规的清洗以及适当的烹饪,细菌并不会威胁健康,所以用等离子设备来消毒完全没有必要。更重要的是,等离子消毒通常也需要几十分钟的时间,跟大家通常所说的“洗菜”完全是两码事。

实际上,日常生活中说的“果蔬清洗”或者“洗菜”,并不是指杀菌,而是去掉果蔬上的“脏东西”以及农残等等。各种果蔬清洗机、洗菜机,也是以此作为卖点。把等离子消毒用于去除农残,只有过零星的报道,而且是针对特定的农药种类。这些“新技术”“新产品”并没有经过权威评估,基本上只是开发者或者商家自说自话。

其他果蔬清洗机的原理和问题

市场上有许多设计精美,广告文案天花乱坠的果蔬清洗机。基本的技术原理是超声、臭氧或者二者结合。

超声清洗是利用超声波在水中产生局部高压而实现清洗。对于表面清洗,超声清洗有较好的效果,但用于农残处理,目前见到的信息基本上是推销广告。也有一些科学研究在探讨超声降解农残,但无法绕过的问题是:如果超声功率小,那么不足以把农残从蔬菜上清洗下来,更不足以使之降解;如果功率大,那么噪音很大,而且可能会破坏那些比较“娇嫩”的果蔬细胞,从而使得表面的农残向内部渗透。

臭氧具有强氧化性,能够破坏某些农药的结构,使其发生降解。跟超声清洗的情况类似,臭氧降解农残的效率取决于其浓度和作用时间,强度小了达不到效率,强度高了可能产生安全隐患。

不管是超声和臭氧,在“理论上”都能够对农残产生作用。但是,除了上面说的强度与效率的矛盾,它们也都面临三个商家回避谈及的问题:1、测试都是针对特定的农药来进行,而果蔬中可能存在的农残各不相同,性质也不相同;2、农药的降解产物是无害还是有害?这更是跟具体的农药有关;3、在能够有效清除或者降解农残的强度下,是否会破坏果蔬的营养?

那些令人“赏心悦目”的检测报告和演示实验

在各种果蔬清洗机的广告中,厂家总是出示一堆“权威检测报告”,还有各种令人眼花缭乱的实验。不过,这都是利用消费者缺乏专业知识而进行的忽悠。

比如检测,检测机构只是对送检的样品进行检测,“权威”只表示他们检测出来的数据是可靠的。但样品本身以及检测项目,都是委托方指定的。比如说,有些厂家所谓的“农残降解率XX%”,其实是把某种特定农药加到水里,经过处理之后来测定该种农药的量,从而得出“降解率”。首先,这种农药并不能代表果蔬上实际可能存在的农药;其次,农药在水里跟在果蔬上的农残状态完全不同;第三,只是检测这种农药“减少”了,并不知道降解之后的产物是无害了还是更有害了。

还有些检测会稍微“严谨”一些,是把农药喷洒在果蔬上,“模拟”农残的状态。但这解决不了前面说的“首先”和“第三”,而现喷洒的农药跟经过若干天附着在果蔬上的农药,结合状态也还是有所区别的。

至于那些“演示实验”,就更是不靠谱。比如常见的一个是经过处理的西兰花看起来更绿,水能透过,被解释为西蓝花表面有一层农药,经过清洗被去除了。实际上,是西兰花表面天然有一层疏水的蜡,就像雨伞的布一样阻止水透过。经过超声处理,那层蜡被破坏了,就像普通的布一样,水也就能透过了。那层蜡跟农残毫无关系。

更奇葩的是,有的实验把肉或者排骨进行处理,把形成的泡沫解释为“抗生素、激素、兽药”等等。其实,那是因为肉的血水中含有一些蛋白质等表面活性成分,在超声波的作用下形成了泡沫。

那么,到底该如何清洗果蔬呢?

所有的果蔬清洗机宣传文案,都是从渲染农残极其巨大危害开始,先声夺人地让消费者建立“果蔬很危险”的心理暗示。其实,农残的问题被过于夸大了。现在的农药毒性越来越低,而残留量标准越来越严。农残标准本来就是留了很大“安全系数”的保守标准,即便是偶尔遭遇几次农残超标,也不至于危害身体健康。而实际上,根据国家市场监管总局(以及前食药总局)以及各地监管部门定期发布的检测报告,近几年的各种食材的合格率大致都在98%左右。也就是说,遭遇农残超标的几率也并不大。

更重要的是,即便偶尔遭遇农残超标,常规的果蔬处理手段——自来水清洗、去皮、焯水、烹饪等,也足以去掉大部分。各类“果蔬清洗机”,更多是一种心理安慰和消费优越感的寄托。

本文来自云无心的微信个人公众号,编辑版发表于“全民较真”,未经许可不得进行商业转载

白细胞:在人生的岔路口上,我总是选最轻松的那条路走

本文来自窗敲雨的微信个人公众号“酷炫科学”,首发于果壳微信公众号,未经许可不得进行商业转载

谁是最擅长走迷宫的细胞?在这个问题上,白细胞必须拥有姓名。在人造的“迷宫”里,白细胞们可以在趋化因子的作用下穿行,而和人体组织错综复杂的结构相比,这样的迷宫其实还不算什么。

图片来自Mekis | Pixabay

图片来自Mekis | Pixabay

很多组织细胞可能一辈子都只是安静地待在原地,但免疫细胞们生来就要四处奔波。白细胞们要在化学信号的召唤下,钻进受感染的组织来发挥作用,但只是“到达任务地点”就已经是相当困难的任务了。人体组织总是挤满了细胞和细胞外间质,就像是一个错综复杂的三维迷宫,这里没有任何一条大路可走,只能从狭窄的缝隙中间挤过去。

而白细胞们真的很擅长这件事。它们擅长变形运动,前进速度惊人地快,而且在穿行时完全不会损伤周围的组织。

在又窄又崎岖的组织缝隙里如何保持高效移动?最近一项研究发现了其中的部分答案:这些白细胞会用“尺子”丈量缝隙的宽窄,并选择最容易通过的宽缝隙来走。而这把“尺子”就是它们自己的细胞核。

在实验中,研究者在树突细胞(白细胞的一种)面前放了一条有四个选项的岔路口,每条“路”宽度都不一样。结果,在一番探索之后,大多数细胞都选了最宽、阻力最小的路来走。

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(原视频:Nature video。经过加速)

这些细胞并非钻不过更窄的缝隙,如果没得选,狭窄的缝隙它们也能钻过。但只要可以选择,它们总是倾向于从最轻松的地方走。在用中性粒细胞和T细胞进行的测试中,也出现了类似的规律。

在对细胞核进行标记之后,研究者发现这些细胞会用自己的细胞核在不同的岔路之间试探,看起来,细胞核就是衡量缝隙宽度的重要指标了。这也很合理,毕竟细胞核是它们钻缝时最容易卡住的部分,如果受损后果也更严重。

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(图中蓝色的部分就是细胞核。视频来源:IST Austria/Jörg Renkawitz)

在决定了走哪条岔路之后,树突细胞们还得把钻进了其他岔路的部分收回来,避免在前进时把自己扯成好几瓣。这个过程是由细胞中的微管控制的。

除了了解免疫细胞的运动机制,研究者认为这些结果或许也可以用来解释恶性肿瘤细胞的迁移,并帮助人们发现阻止它们的方法。

参考资料:

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2019-04/iosa-lut040219.php

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1087-5

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只做武器,你们也未免太小看核聚变了

本文来自果壳网的微信公众号“果壳”,未经许可不得进行商业转载

本文为“科幻科普作家进新国企”活动的一部分,写作取材过程部分接受了中国核工业集团的实地取材接待

这个装置,叫HL-2A,全名叫做中国环流器2号A,是做可控核聚变的。

中国环流器2号A

中国环流器2号A

“我们不是做原子弹的”

HL-2A坐落在四川成都的核工业西南物理研究院,简称为核西物院。隶属于中国核工业集团。某种程度上,这是中国最神秘的单位之一,他们要做的,就是核聚变。

一提到“核”,人们脑海里大多还停留在广岛原子弹的巨大蘑菇云。所以,想到那些坐落在中国大地内陆,名字里有“核”的单位,人们总要问一句:“是不是在造原子弹啊?”

但事实上,原子弹是核能利用最原始的阶段,它背后的技术是核裂变。相较于核裂变,核聚变要更为“高级”。核聚变,或者叫核融合,是指两个原子核结合成一个较重的核和一个极轻的核的反应。在这个过程中,会有一部分物质质量“消失”掉了。根据爱因斯坦那妇孺皆知的方程,E=mc2,这部分“消失”质量会转变为巨大的能量。核聚变是自然界最伟大的能量来源之一。天空中高悬的太阳,就是靠着核聚变产生着滋养人类的光芒。

太阳通过核聚变反应发光发热,图片来源:helloorf.com

太阳通过核聚变反应发光发热,图片来源:helloorf.com

核聚变,就是星辰的力量。

很遗憾,关于核聚变,我们听到最多的,仍然是武器。氢弹,威力是原子弹的数百倍,基本原理就是核聚变。

只用作武器的话,我们未免太小看核聚变了。自从1951年,美国氢弹爆炸实验成功后,人们一直绞尽脑汁想把这毁天灭地的力量加以利用,也就是可控核聚变。

永远都是“五十年后可以商用”

目前,人类最给予厚望,是氘和氚的聚变反应。这两种氢的同位素,经过聚变后可以形成一个氦核和一个中子,并放出巨大的能量。

氘和氚的聚变反应,图片来源:Wikimedia Commons

氘和氚的聚变反应,图片来源:Wikimedia Commons

可控核聚变被认为是人类的终极能源。原因主要有三方面:首先,核聚变的原料特别丰富,仅仅从一升海水里提炼的氘元素,通过聚变反应释放的能量,相当于300升汽油。再有,氘氚聚变几乎不产生污染物,更不会有温室气体排放;在安全性上,聚变设备只要一断电,反应就会立刻停止。

然而,可控核聚变很难,真的很难!

有多难?

业内流传一个久远的笑话:当人们问核物理科学家,“还要多久才能用上核聚变的电能?”得到的答案永远是,“五十年之后”。

可控核聚变的难点主要有两个。一是如何实现开启核聚变反应?要引发两个原子核的聚变,需要提供巨大的能量。在氢弹中,为了达到聚变的能量要求,科学家们在氢弹中植入了一个原子弹。实际使用时,先引爆原子弹,产生瞬间的超高温,借以开启氢弹的核聚变过程。但是,总不可能在发电站里不断引爆原子弹吧?为了达到聚变需要的高温条件,人们提出了很多种解决方法,其中最为广泛采用的叫做中性粒子注入。这种技术就是使用含有很高能量的粒子去撞击核聚变原料(氘和氚),从而将它们加热到超高温度。

多高呢?一亿度!

在如此高温下,物质已全部电离,形成高温等离子体。顺便提一句,等离子体是区别于固、液、气的第四种物质形态,广泛存在于宇宙之中。雷雨天的闪电,就是一种等离体子。

有了这团一亿度的高温等离子体,随之而来的下一个问题是:用什么装啊?地球上已知最耐高温的材料是钨,就是老式灯泡里的灯丝,它熔点只有3400℃左右。如果没有材料能忍受核聚变的高温,那我们就只能不让氘和氚接触物质了。

为此,前苏联的物理学家创造性的提出了一种名为“托卡马克”的装置。这种装置是如同一个缠满线圈的巨大轮胎,通电后可以在其内部产生极强的磁场,利用这磁场将超高温度的等离子体悬在真空之中。这种灵光乍现的“托卡马克”装置,后来成了最主流的核聚变装置。

联合欧洲环形托卡马克内部,图片来源:EUROfusion

联合欧洲环形托卡马克内部,图片来源:EUROfusion

开头的那台HL-2A,就是用了托卡马克。

“这是全人类的事”

无论是核聚变的反应原理,还是用托卡马克控制等离子体,在物理学中,他们的原理都很简单,简单到高中课本就能翻到相关的概念。但真正要做出能用的设备,那却是比“登天”还难。这里的“登天”,是字面意义的。因为人类在半世纪前就实现了载人登月,但现如今,我们离商用化的核聚变发电,可能还有永远的“五十年”。

随着化石燃料储量减少,温室效应日益明显,人类可能等不了太久,核聚变,需要全人类的努力。

1985年,欧美等国开始发起一项名为“国际热核聚变实验反应堆”项目,这个简称为ITER的项目,计划建造人类有史以来最大的托卡马克核聚变反应堆,而且目的也很直接:真正地用核聚变发电。2006年,该项目正式开启,由欧盟、中国、美国、日本、韩国、俄罗斯和印度7方开展合作,其中,中国贡献9%的设备与经费。

2025年,ITER项目将进行首次测试,为了全人类。

兴趣班可以促成孩子的成功人生?其实是提高毅力值

本文来自Fujia的微信个人公众号“伊甸园的桃子”,未经许可不得进行商业转载

本文为《Grit:The power of passion and perseverance》一书的书摘下篇


如何提高自我的坚毅值?Duckworth有四个建议:

  1. 追随兴趣
  2. 刻意练习
  3. 制定意义
  4. 心存希望

如果你是本公号的老读者了,你估计对第二点和第四点都不陌生。第二点的“刻意练习”来自于“十万小时”原作者、心理学教授Anders Ericsson。第四点的“心存希望”则来自于积极心理学开创者Marty Seligman教授。在本文里,我们只展开介绍第一点。

“兴趣是最好的老师”。这话虽然俗套,却依然很有用。人生中会面临许多选择,如果你对自己的所做不感兴趣,就很难做到坚持不懈,坚毅值自然也就不高。英国Financial Times记者Hester Lacey从2011年开始,每周采访一位成功人士,包括服装设计师、作家、音乐家、喜剧表演家、巧克力制造人、鸡尾酒调酒师等。Hester问每个人同样的问题:“是什么促使你前进?如果你明天失去了所有东西,你会做什么?”在采访了200多位成功人士之后,Lacey发现,几乎所有人都会说:“我热爱我的事业。我非常幸运,每天早上起床时我都非常向往去工作,我恨不得赶快到达工作场所,开始下一个任务。”这些成功人士并非被逼着工作,也并非为了钱而工作,他们发自内心地热爱自己的工作。

然而,我们都知道单单追寻兴趣本身就是一项奢侈的行为。在现实社会中,每个人都需要面临严峻的生存问题。许多年轻人最终现实地选择一项稳定并回报丰厚的职业,而不是追随飘渺的理想。我们认为这是成熟的表现,可以帮助我们获得幸福的生活。然而科学研究一再证实,人们在自己喜欢的工作中会更满足,也会表现得更好。虽然兴趣无法保证快乐与收入,但它绝对提高了实现的机率。

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Duckworth认为,世人对兴趣有许多误解。大家觉得兴趣是一种与生俱来的才华,有人天生就直到自己对某个领域有兴趣。事实上,Duckworth在采访时发现,大部分成功人士都花费数年去探索各个不同的领域以寻找自己的兴趣,有些人甚至夜以继日地努力寻找,将此作为生命的目标去获得对自己的认知,直到最终找到一个持续的长期兴趣。没有人可以非常迅速地爱上一个职业,你需要投入时间精力去尝试,学习各方面的知识,直到你发现这个领域的一些方面是你的真爱。兴趣来自于探索、努力和终身学习。

如果你还没找到你的兴趣,先从探索自我开始。你可以问自己:我喜欢做什么?我在乎的是什么?什么东西对我最重要?我做什么事情最享受?我最讨厌做什么事情?如果你觉得回答这些问题比较困难,你可以想一下在你十来岁时,你最喜欢做什么事情。青少年是人生兴趣勃发的年代,当年的纯粹兴趣也许可以给今天的你带来启发。如果你找到了兴趣的方向,你需要开始触发这些兴趣,投入生活里开始实行你的兴趣,尝试各种新鲜的职业。你需要许多实验和失败,来告诉你哪条路才是最终走得通的路。但条条大道通罗马,你只要选择你觉得合适的一条就可以了。

图片来源:Pixabay

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发展兴趣也需要时间与耐心。你需要不停挖掘自我和世界的联系,与其他有相同兴趣的人讨论,寻找一个优秀的导师。无论你在哪个年纪,你的兴趣会引导你习得更多知识与能力,你的经验会与日俱增,你的信心与好奇心也会随之增加。如果你在兴趣领域探索几年之后,觉得还是难以产生激情,你便需要深化你的兴趣。你的大脑喜欢新鲜事物,你会被诱惑着离开你的兴趣去尝试其他事情。但如果你继续在这个兴趣领域多逗留几年,你便会发现你会产生新的激情。


如何培养一个孩子的坚毅品质?Duckworth提出了许多建议,其中有一个建议对于大多数家长而言并不陌生:兴趣班。于孩子而言,兴趣班充满着许多与学校课堂不同的兴趣活动:芭蕾、钢琴、足球、滑冰、绘画……纷繁多样的兴趣班是孩子探索个人兴趣与进行刻意练习的好机会。但上不了几节课,孩子便开始厌烦,闹着不愿意去上课,无论父母怎么哄骗都不肯再去参加。怎么通过兴趣班来培养孩子的坚毅品质呢?

1978年,ETS(美国教育考试中心)资助了一项大型心理学实验,叫做Personal Qualities Project,这项实验至今依然是心理学史上寻找青年成功变量的最大实验。心理学家Warren Williangham成为这项实验的总管,他非常清楚:高中成绩和标准化考试只能决定孩子日后成功的一半因素。我们经常发现,有两个孩子高考成绩相同,但人生道路差别巨大。还有什么品质可以决定孩子日后的成就?

Willingham的团队对几千名美国中学生跟踪调查了5年,收集的数据包括家庭背景、父母职业、父母社会经济地位、孩子自己的人生目标、学习成绩、课外活动等等。Willingham与团队仔细分析并计算每个变量数据,最终找出一个重要的变量:孩子参加某一项课外活动的年数。Willingham举例:一个在本项参数分数高的孩子,会连续三年参加学校的报社编辑活动,成为管理编辑,组织团队完成一个重要任务;而一个在本项参数分数比较低的孩子,要么在学校没有参加任何课外活动,要么是第一年参加一个课外俱乐部,第二年又参加了另一个活动,几年下来并没有什么成绩。在控制了高中成绩和SAT成绩之后,此项“兴趣班参数”可以非常准确地预测孩子是否在大学取得荣誉学位。在所有其他一百多个参数中,“兴趣班参数”在预测孩子青年时期的领导能力时最为准确。无论孩子选择在哪个领域发展,“兴趣班指数”也成功预测了孩子之后人生中的各项优秀指数。

图片来源:Pixabay

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Duckworth开始研究时,很快发现Willingham的“兴趣班指数”和坚毅品质非常相像。通过盖茨基金会的赞助,Duckworth跟踪了1200个美国高中生的兴趣班活动,计算这些学生的”坚毅分数“:坚持某个兴趣活动达两年以上,得1分;只参加了1年某项兴趣活动然后放弃,得0分;在兴趣活动中完成一个成就目标,得1分;在兴趣活动中表现出比伙伴更优异的成绩,得1分。学生们的分数最低为0分(没有参加任何兴趣班活动),最高分为6分(参加了两项兴趣活动并分别取得优异成绩)。多年之后,这1200个学生中只有34%的人还留在大学学习,有69%的坚毅分为6的孩子还在大学里就读,而只有16%的坚毅分为0的孩子没有辍学。

兴趣班指数和坚毅品质之间的关系是因果还是相关?Duckworth的研究指出,在兴趣班里取得成就需要坚毅品质,但在兴趣班里学习的过程也是培养坚毅品质的过程,两者相辅相成。然而兴趣班活动与孩子家境关系则更为复杂,家境优异的父母有钱送孩子上兴趣班,请好的教练培养孩子的兴趣,这同时也帮助孩子逐渐培养起来不抛弃不放弃的品质,而贫穷的父母只是让孩子放任自流,没有机会让孩子理解到坚毅所带来的好处,这会使更多贫穷孩子不能坚持完成学业,无法在人生道路上取得更多成就。

在培养自己两个女儿时,身为心理学教授的Duckworth依然纠结:作为一位研究坚毅品质的学者,她非常理解坚毅给孩子带来的好处。孩子需要懂得:“如果你努力了,你将会得到收获;如果你不努力,你什么都得不到。”但Duckworth自己依然陷入了传统美国家长的陷阱:无论孩子做了什么,她都会不遗余力地表扬孩子,生怕伤害了孩子的自尊心。于是兴趣班的老师与教练成为她最好的伙伴。专业的教师会热爱这项兴趣活动,希望孩子也能够发自内心地欣赏这项活动并取得好成绩,在孩子练习时支持并培养他们,但他们也会有非常高的要求,在孩子偶尔偷懒时给他们相应的批评与惩罚。

Angela Duckworth和她的两个女儿。图片来源:heleo.com

Angela Duckworth和她的两个女儿。图片来源:heleo.com

Duckworth在家里为女儿们制定了四条兴趣班法则:

1. 女儿们知道,家里所有人——包括爸爸妈妈——都必须从事一件很难的事情,需要刻意练习才能取得成绩:妈妈从事很难的心理学研究,但也认真练习瑜伽;爸爸想要成为最好的房产开发商,也希望在跑步中取得更好的成绩。

2.你必须自己考虑兴趣爱好,自己选择这件“很难的事情”,没有人可以帮你选择。在作出选择之前,爸爸妈妈会带着女儿去参观各种兴趣活动,让她们探索自己的兴趣,再和女儿们一起做出报班的决定。

3. 你可以放弃你的“很难的事情”,但必须在一个学制结束后才能放弃,比如学期结束了、这期学费交完了之类。在此之前,你必须坚持你之前的选择,不可以在老师某天批评之后就不去上课了,不可以在某次比赛失败了就放弃,也不可以因为要和朋友一起玩而不去参加活动。你可以放弃,但不可以一碰到挫折就放弃。

Duckworth的大女儿在学习芭蕾多年之后放弃了舞蹈,选择了钢琴并坚持了下来。小女儿则尝试了很多活动,决定她不喜欢芭蕾、体操、手工、钢琴、跑步,最后才选择了中提琴。她练习了三年,对中提琴的兴趣越来越浓,并参加了学校与城里的交响乐团。在她进入乐团后,Duckworth问她是否还要改变她的”很难的事情“,小女儿奇怪地看着妈妈,认为妈妈疯掉了。

在两个女儿都上高中之后,Duckworth又补充了第四点:

4. 每个人都必须坚持自己的”很难的事情“至少两年以上。在升上高中时,每个女儿都有机会改变这件”很难的事情“,可以放弃钢琴或中提琴,也可以继续选择下去。但一旦选择之后,就必须坚持上课练习满两年,并做出成就。

你也想培养孩子的坚毅品质吗?你是怎么带孩子上兴趣班的?欢迎留言讨论。

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市场上的的蛋那么多,到底应该如何选?

蛋是一种很好的食物。以前是作为病人老人孕产妇的“补品”,或者“高档生活”的标志。随着养殖技术和生活水平的提高,已经成为了日常食材。

图片来自pixabay

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蛋中含有大量胆固醇。以前认为食物中的胆固醇会增加血浆中的胆固醇,从而影响心血管健康。后来积累了大量的科学数据,发现人体会自动调节胆固醇的吸收,食物中的胆固醇对于血浆胆固醇几乎没有影响,这条饮食限制也就取消了。所以喜欢吃蛋的人,多吃一点也没有什么问题。

在超市里,有各种各样的蛋。来自不同动物的,比如鸡蛋、鸭蛋、鹅蛋、鹌鹑蛋、鸽子蛋等等;同为鸡蛋也是形形色色,有不同养殖方式的,不同蛋壳颜色的,初产的双黄的,还有宣称富含各种特定营养成分的。这些蛋们价格相差巨大,都宣称营养优越,甚至有种种特别“功效”。这么多的选择,加上商家充满蛊惑的宣传,消费者难免眼花缭乱。

蛋,应该如何选择呢?这里梳理一下关于蛋的知识,给大家选择买蛋时参考。

首先,不同动物的蛋,价格的差异主要是取决于稀缺程度。

那些市场供应量小、生产成本高的鸡蛋,价格自然就会很高,比如鸽子蛋和鹌鹑蛋。与鸡蛋相比,鸭蛋和鹅蛋的生产成本也要高一些。现代化的养鸡场里,鸡舍可以往分为几层,饲料、水、粪便、鸡蛋都不用人工,而通过传送带与管道自动进出。一个工人可以管理几万甚至更多的母鸡。在产蛋高峰期,产蛋率能高到90%以上。配方良好的饲料,100克就可以“转化”成一颗鸡蛋。这种生产能力使得鸡蛋的价格甚至比许多蔬菜还低,也使得它成为消费的主流。

第二,价格与营养价值往往没有什么关系。

人们经常问“哪种蛋的营养好”。其实,同一种禽类的鸡蛋,营养组成也不是完全一样的。不同品种、不同养殖条件、不同产蛋期,蛋的营养组成也可能有相当的差异。不过这些差异只是这种成分高点、那种成分低一点而已,都是人体需要的营养成分,完全没有必要纠结。

如果计算大量样品的平均值,不同禽类的蛋也会有一些这样的差别。比如鸭蛋和鹅蛋的脂肪含量就比鸡蛋要高一些。这使得鸭蛋在制作咸蛋的时候更容易出油,蛋黄稍大也使得它作为皮蛋有一定优势。但这种差异对蛋的整体营养影响不大,所以也不需要纠结,根据价格和风味来选就可以了。

从营养的角度来考虑,鸡蛋是最经济实惠的选择。

第三,有机鸡蛋、土鸡蛋和“洋鸡蛋”的异同

在各种鸡蛋中,大家遇到的第一个选择是“有机鸡蛋”“土鸡蛋”和规模化养殖的鸡蛋(通常所说的“洋鸡蛋”)。可以确定的是,它们的营养没有实质性的差异。

安全性方面,理论上“有机鸡”“走地鸡”应该没有兽药以及抗生素残留,而常规养殖的鸡蛋可能有。但在现实中,各地食药监管机构多次从有机鸡蛋和走地鸡蛋检测出兽药超标或者违禁兽药。换句话说,市场上的“有机鸡蛋”“土鸡蛋”并不见得是“真的”,而这种真假,并没有办法准确分辨。

此外,农村缺乏规范管理的走地鸡吃得很杂乱,鸡蛋中更容易存在污染物。台湾地区和欧盟都有研究论文报道过走地鸡蛋(或者有机鸡蛋)中的二恶英含量更高。在有机管理相当规范的欧盟在风味方面,规模化养殖的母尚且如此,在有机管理较为混乱的中国,也就更加难说——“没有发现”,可能只是没有人去检测和报道而已。

规范化养殖的鸡吃标准化饲料,鸡蛋风味比较淡,而走地鸡吃的食物很杂,鸡蛋中可能有不同的风味。对于有的人来说,这些“不同的风味”表示“味道更好”。味道是一种高度主观的体验,觉得土鸡蛋和有机鸡蛋“味道更好”,也无可厚非。

第四,蛋壳颜色跟鸡蛋品质有什么关系

图片来自Wikipedia

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蛋壳颜色是直接可见的鸡蛋特征之一。市场上的鸡蛋主要有红壳和白壳,还有少量绿壳,以及这些颜色的不同深浅。鸡蛋壳的颜色基本上由遗传决定,鸡的身体状况和营养状况只能对颜色深浅有一定影响。

营养跟蛋壳颜色没有什么关系。有趣的是,有些人会觉得红壳的“更好”,而有的人会觉得白皮的“更好”。就一般规律而言,很多红壳要更厚一些,这使得“可食用部分”少了一点,同时蛋壳厚,又更坚固一些,不那么容易破。

第五,关于那些“功效成分”

鸡蛋的另一个卖点是各种“功效成分”,比如红心蛋、富硒蛋、DHA鸡蛋等等。这些鸡蛋被渲染成营养远超普通鸡蛋,自然价格也远超普通鸡蛋。但其实,跟普通鸡蛋相比,有的并没有明显差异,比如红心蛋,只需要在饲料中添加一些色素就可以。

富硒蛋和DHA鸡蛋之类的“高营养鸡蛋”,按照定义其硒含量和DHA含量比普通鸡蛋更高一些,要说营养价值比普通鸡蛋高,也说得过去。但是,鸡蛋只是食谱的一部分,通过多样化的食谱,完全可以从价格合理的常规食品中获得足够的量,而没有必要通过这种性价比不高的方式。

本文来自云无心的微信个人公众号,系今日头条签约稿件,未经许可不得进行商业转载

人造太阳“中国环流器2号”参观记

本文来自果壳网,地址在这里,未经许可不得进行商业转载

本文为“科幻科普作家进新国企”活动的一部分,写作取材过程部分接受了中国核工业集团的实地取材接待

昨天是4月22日,世界地球日。在这个特别的日子,我受邀来到位于成都的中核集团西南物理研究院,参观著名的“中国环流器2号”。据说这个装置的最大意义就是可以保护地球。为什么这么说?容我慢慢道来。

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核聚变,顾名思义,就是要利用原子核聚变反应产生的能量。人类最早发现的核聚变反应是太阳内的核反应。最著名的人工核聚变反应就是氢弹爆炸。而这个研究院科研人员的目标,是把来自太阳的能量和蕴藏在氢弹中的巨大能量,缓慢、安全地释放出来。

这话说起来容易,实践起来谈何容易,太阳是一颗中等质量的恒星,质量相当于地球的N倍,其内部可以达到1500万度的高温和N个大气压的高压,所以能够产生可持续的核反应。而氢弹,其爆炸机理干脆就是用原子弹当引信利用原子弹核裂变反应产生的高温高压引发核原料产生聚变反应。

受控核聚变反应则是用惯性或者是磁约束的方式将核聚变材料聚合在一起,使之发生人类可以控制的、安全的、缓慢的核反应。并且,从中获得的热量可以转化为机械能,进而转化为电能。以替代目前广为使用的化石能源。由于受控核聚变装置的基本物理原理与太阳内部核反应的机理相仿,所以这种装置被形象地称为“人造太阳”。

作为科普作家与科普展览策展人,我受国资委新闻中心邀请,考察高科技国企,看看哪些技术可转化为科技馆展览展品。核能、核动力与人类未来,是我此行考察的重点。我正在策划着一个以丝绸之路主题的科普展览,也希望在这些高科技企业中获得灵感。

作为一个科技爱好者,我当然听说过“受控核聚变发电,永远的50年后”的魔咒。这个魔咒说的是,自20世纪50年代受控核聚变原理提出以来,每逢有媒体问到相关专家何时才能实现发电时,专家总说50年后,一个10年又一个10年过去了,直到20世纪末答案仍是这样。

为何会出现受控核聚变发电“永远的五十年后”魔咒?如何打破这个魔咒?

带着这个问题,我请教了研究院的刘院长。他诚恳地说,的确有这个问题,受控核聚变太难了。

研究过程中遇到会遇到许多预想不到的困难,充满不确定性,但挑战与机遇并存。在遇到预想不到的困难的同时,往往也会出现预想不到的发现与进展,这也是研究的乐趣所在,现在看来经过全世界几代研究者的不懈努力,看到受控核聚变发电的前景,不会再用50年了,也许再用30年就可以实现了。现在各国已经联合起来进行技术突破——2006年,中国,欧盟,印度,日本,韩国,俄罗斯和美国七方,正式联合实施国际热核聚变实验堆(ITER)计划,该计划是世界上仅次于国际空间站的又一个大科学工程。ITER托卡马克装置的体积接近天坛祈年殿的尺寸,高30米,直径28米,重达1万吨。

核聚变这么难,但是它的好处也是显而易见的,比如安全性高,废料处理,成本低,原料容易获得等等。核聚变的燃料,氢的同位素氘在海水中储量极为丰富,从一升海水中提出的氘,在完全的聚变反应中可释放相当于燃烧300升汽油的能量。氘氚反应的产物没有放射性。核聚变反应堆也不会产生污染环境的硫、氮氧化物,更不会释放温室效应气体,而且核聚变反应堆只要停电,就自动停止运行。可以说它是一种无污染,无核废料,资源近乎无限的理想能源。受控核聚变发电的实现将从根本上解决人类的能源问题。

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从20世纪40年代末开始,世界各科技强国就开发了多种方式,研究核聚变等离子体的约束方法,研究经费投入每年都超过10亿美元。在这个过程中,人们对实现可控核聚变难度的认识也逐步加深,从20世纪70年代开始,托卡马克这种途径逐渐显出其独特的优越性,并在80年代,成为受控核聚变研究的主流途径。

托卡马克是tokamak的俄文缩写,是指环形磁约束受控核聚变实验装置,所以中文又称环流器,它是由一个环形封闭磁场组成的磁笼子,高温高压的等离子体就被约束在这个磁场构成的无形笼子里,这个磁笼的外形很像一个中空的救生圈,等离子体环中能产生一个很大的环电流。经过近半个世纪的努力,托卡马克已经显示出光明的前景,等离子体约束获得明显效果,温度达到上亿度。而产生核聚变能量的科学可行性已经被证实了,但是相关的成果都是以短脉冲的形式产生的,与实际反应堆连续运行还有很大的距离,而且核聚变反应能否自持仍然需要实验验证,所谓自持就是它发出的能量,可以供应它自身运行所需的能量。

我问刘院长的第二个问题是,我看到有些文章写到,托卡马克研究进展这么慢,原因在于有可能它并不是最优的受控核聚变装置构型,也许现在各国都对托卡马克产生了技术的路径依赖,而真正适合受控核聚变的技术构型人类还没有探索出来。

对此,刘院长回答说,的确有这种可能,而且包括中国在内的研究核聚变的主要国家也的确都在分出一部分精力在研究其他构型的核聚变装置。目前仅次于托卡马克的装置叫做仿星器。德国就用一半的核聚变研究经费来研究仿星器构型,这种装置相当于托卡马克的升级版。不过国际学术界公认的是,虽然托卡马克进展没有那么快,但仍是目前最有希望成功的可控核聚变装置。

聊了这么多背景知识,终于到了期待已久的实地参观环节了。没想到核聚变装置及其控制室,与会议室在同一座大楼内。并不像有些科幻片所描述的那样,会藏在深深的地下或坚固的堡垒中。首先看到的是控制室,它与小型的航天发射场控制室没有太大区别。工作人员坐席面前都有一台电脑屏幕和鼠标键盘。再往前是一整面屏幕墙,中间可以播放核聚变装置的运行图像,两侧分屏可以显示各种数据参数。从控制室出来,穿过一个带有螺旋形楼梯的小隔间,通过一道薄薄的木门,就是容纳“中国环流器2号”的“车间”了。

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看到这台机器第一感觉是大,第二感觉是乱,说它大是因为它有两层楼那么高,占地面积上百平方米。说它乱,是因为各种管路,线圈,电线,机柜围绕在它周围,充满了复杂的技术细节。就是这台机器,代表了人类驯服太阳力量的尝试。

研究院贴心地安排了熟知环流器原理的研究生和工作人员,充当“导游”,为我们讲解并现场回答问题。但此时我的大脑是懵的。我早就看过环流器的图片,也在电视上看过关于它的新闻,今天真正站到它面前,可以说近在咫尺,一时却无法体会它的意义,更无从理解它的原理。

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从能源史的角度看,面对它,相当于我们面对猿人升起的第一堆火、工业革命初期的第一台燃煤锅炉、19世纪的第一口油井……这种类比恐怕还不恰当,可能受控核聚变装置的科技史意义要更为独特。上述能源都是地质年代以来贮存在地壳中的,被植物光合作用凝固的太阳核聚变能。而环流器,则希望跨过那些中间环节,直奔主题。而且,上述原始的动力源都没有超出人的日常经验,其机理一望便知。但环流器,根本让人无从把握。

我想起赫鲁晓夫在回忆录里写到他第一次看到苏联运载火箭时的感受,“我们这些人像傻子一样,这里看看,那里摸摸,差点就用舌头去舔一舔火箭外壳的味道了”。此时,我感觉自己比赫鲁晓夫还要无助。我只能碎片式的接受:有的装置是探测核聚变释放出中子的,有的是测量磁场的,有的是为核聚变供电的,有的是进行磁场控制的。

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毕竟受控核聚变不是一个独立的专业,而是一个高度综合的学科。搞激光的,有搞阀门的,有搞等离子体物理的,有搞材料的,电控的,计算机的,等等等等,太多了……没有任何一个人能掌握关于它的所有知识。而这个研究院号称总师单位,是专门负责系统集成的。核聚变研究也是一个国家科技实力,工业实力的象征。没有一定水平,是搞不了这个的。我只能零星引用一些它的参数,供读者了解中国环流器2号的规模。

首先它的产生的磁场比地磁场强1万倍。

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其次,它产生的等离子体威力有多强?他们曾经做过等离子体导出实验:直径10厘米、厚两厘米的铜圆盘,被等离子体击中,不到一秒钟就消失了。并不是被气化了,而且是铜盘被等离子化了。

另外,上千万度乃至一亿度的等离子体温度是计算出来的,而不是测量出来的。因为没有仪器可以测量这样的高温。

普通的燃煤锅炉运行一段时间后,需要熄火打扫炉膛,清除里面的废渣。这台燃烧核聚变燃料的“锅炉”也是这样。科研人员会用辉光放电“打扫”真空室内部。清除里面的杂质。

温度那么高的等离子体在运行,所有物体固态物质不是都被气化了吗?怎么还会有固体杂质呢?其实等离子体的核心温度有上千万度乃至上亿度,但是边缘温度会被控制得很低,只有上千度。否则真空腔内壁也会被熔化。内壁是碳结构,碳耐高温,但活性炭也善于吸附杂质,所以会有等离子体与内壁作用生成的杂质附着在上面,影响实验精度,需要清除。要知道,一丁点杂质就会产生雪崩效应,使得等离子体形态与运动方式发生剧烈变化,结果就是高速粒子轰击到内壁,破坏真空腔。

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这么复杂的装置,一定做过很多次核聚变实验吧?

是的,从2003年至2019年,该装置共放电33,000次。听起来很多。但每次放电平均时长只有两秒钟。所以,16年来实验总时长还不到24小时(86,400秒)。真正的发电厂可是要24小时不间断运行的。

但就是这区区两秒钟实验,每次就得花10万人民币的经费。这样简单算下来,十六年来的实验经费大概是33亿元。而ITER立项时预估的成本是100亿欧元。

参观时,该装置自然没有运行,所以我好奇地问工作人员,装置运行时的感官体验是什么样的?他说,从视觉上来看,只能用摄像头对准真空腔上开的玻璃小窗口,从屏幕上看到里面的情况——红色的火焰——并不感觉温度有多高。至于振动?并没有。但由于实验时磁场启动,而且等离子体高速运行时也会产生电磁场,所以这些金属设备里面会产生涡电流,被这些磁场吸引,金属会产生巨大的扭力,但这些力肉眼是看不到的。因此核聚变装置对于材料学的要求是非常高的。至于听觉嘛,根本听不到任何声音。因为等离子体的密度实在太低了,有多低呢?相当于我们周围空气密度的10的-10次方分之一,也就是100亿分之一。这么低密度的等离子体是无法传递人耳可辨别的声音的。

所以让我们设想一下这个装置启动时的样子:只有一个小窗透出微弱的闪动的红色火光,四周静悄悄的,只有电机的声音和一些电气设备风扇的嗡嗡声。但你若懂它的工作原理,你会知道所有的金属都在绞着劲儿,紧绷着,抵抗着巨大的磁力。正是这磁力约束着高温的、产生核聚变反应的等离子体。

讲解的小伙子是核西物院的博士生,我们可以把他和他的同事、老师看作是未来的普罗米修斯——把恒星之火平安带到地球的人。

这个环境里蕴含的信息量太大,普通人脑是无法在这么短时间记住这么多东西的。人的思维和体力都有极限。余生也有涯,而知也无涯。但正是这种存在极限的人联合起来,可以完成这样巨大的科学工程,其复杂程度超出了任何人类个体的认识能力。

我们只在这里停留半天,匆匆过客。研究院的科研人员从博士毕业算起,至少要在这里工作三十年,还不一定看到可控核聚变商用发电成功的结果。在中国环流器2号面前,我们是小过客,他们是大过客。在已经靠核聚变燃烧了五十亿年的太阳面前,人类更是匆匆过客。

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但人类可以代代接力,“子子孙孙无穷匮也”,把天火永远留在大地上。研究院的那些老员工也的确是这样想,也是这样做的。他们相信,这是一项对全人类都有益的事业,而且科学研究的过程不断有新的发现,充满乐趣。他们甘愿把自己的韶华抛洒在这个貌似看不到成功曙光的崇高事业上。

自古以来,试图靠近太阳的人好像结局都不是很美妙:夸父逐日,最后饥渴而死;伊卡洛斯和代达罗斯飞向太阳,用蜡粘合的翅膀却被阳光熔化,坠海而死。但他们的英名都永传后世,成为人们追求希望、力图掌控技术的象征。

奥斯特洛夫斯基有句名言:“一个人的一生应该这样度过,当他回首往事的时候,不会因为碌碌无为而羞愧,也不会因为虚度光阴而悔恨,这样,在临死的时候,他能够说,我的整个生命和全部精力都已献给世界上最壮丽的事业——为人类的解放而斗争。”

为人类寻求永不枯竭的清洁、安全能源,不就是人类的解放而斗争吗?这时我理解了,为什么那些老专家谈到可控核聚变的研究事业是长跑,是接力跑,而不是短跑。这需要一代又一代有志于此的人接力奋斗。

从这个意义上来说,虽然目前这些围绕在人造太阳周围的科学家仍默默无闻,有的还奉献了全部青春,但是当人造太阳实现应用的那一刻,他们的英名将永远载入科技历史的殿堂中,与夸父和代达罗斯并列。

最后,回到我作为策展人的本行,这个装置核能如何体现丝绸之路精神?仅是这个研究院,每年都有100多人次赴美、日、欧进行学术交流。该院的学术水平,已经从在国际上跟跑、并跑,逐渐向领跑过渡,在某些方面已经达到国际领先地位。显然,没有国际合作、单靠一个国家单打独斗,形不成合力,受控核聚变发电的实现还要推迟很多年。只有秉承“开放包容、互学互鉴”的丝路精神,这一天才能早日到来。

注:以上记录仅凭个人记忆,可能存在记忆偏差及理解错误,文中出现的一切错误由本人负责。