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I have always been among those who believed that the greatest freedom of speech was the greatest safety, because if a man is a fool the best thing to do is to encourage him to advertise the fact by speaking. (我以為讓愚蠢的人自暴其醜, 正是最大之言論自由所以是最安全的主因)

WOODROW WILSON (編輯組譯)


資科人看世界之23


科學界的聖杯-2

Holy Grail of Science
-11/12/2013

無極 PoleZero
sun as the nuclear fusion reactor



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11/12/2013

得到上帝的大能,卻擁有一顆魔鬼的心,不但無法分享上帝的權力,反而成為自我毁滅的殺器。大自然的能量,究竟是和上帝分享權力的聖杯,還是毁滅世界的魔戒,其實和能量的本質無關,而是在於操縱能量的主人。

簡 單點來説,氧化燃燒的火是蘊藏在電子能階的位能,電是電子運動所攜帶的動能,人類由觀察大自然現象而理解這些能量的產生方法和作用性質、再摸索出控制方法和實際用 途,火和電的應用,令人類的科技文明達到今日的水平,上天下海,開山劈石,千里眼,順風耳,當然,還有各式各樣的大小殺傷力武器,在原始人眼中,今日的人類已經是神明,人類的神通,究竟還能提升到那一個水平,應該没有人敢作出預言。

原子能的探索已經開始了好一段時間,是人類觀察大自然而認識的第三種具有劃時代意義的能量,人standard model of elementary particles類由近至遠,觀察理解所處身的宇宙,火和電是地球上可以觀察到和接觸到的能量,原子能是人類將目光放到地球以外的太空,從觀察分析太陽不滅之火而掌握的能量;看得越遠,涉及物質結構的層次便越深入,單靠質子,電子和中子已不能解釋宏觀及微觀宇宙的現象,由30年 代到現在,科學家已大致建立起一個基本粒子的標準模型(Standard Model of Elementary Particles),基本粒子分為費米子(fermions)和波色子(bosons)二大家族共十七種,加上對稱理論(Super Symmetry Model)而預計存在的其他對應粒子(superpartners),基本粒子的族譜非常 可觀,隨著上帝粒子的存在被證實後,科學家除了繼續找尋理論上存在而未經證實的基本粒子外,還要弄清各種粒子的性質,並試圖利用來為人類服務,試想想核彈 及氫 彈在核裂變及核聚變所釋放出來的能量,如果能控制成按需求而緩緩產生,那便用之不竭的能源。

EAST tokama Reactor-wikipedia核 裂變反應堆已經實現了人類向原子核心粒子取得蘊藏能量的部份願望,人類向上帝要求分享權力的第三隻聖杯看來已拿穩了一邊的杯耳,但核聚變的控制直至現在仍 在實驗階段,本來前蘇聯一直有不錯的進展,解體後一度停擺,歐洲作為近代科學發源地,在高能粒子物理學的研究和應用水平向來非常高,只是財才始終是問題, 單一國家獨力研究會很吃力,美國太著重軍事應用,多次因為機密原因退出國際合作計劃,雖然財雄勢大,進展不見太特出。中國是後起之秀,起歩較遲,而且初期 配套技術不足,建設反應堆時遇到困難在估計之內,近年則加速得非常快,由於工業化在量和質都有極大進展,材料供應問題獲得解決,例如高温超導體的研發成果 便令到核聚變反應堆的建設變得輕鬆和便宜一點。「先進實驗超導托卡馬克實驗裝置(Experimental Advanced Superconducting Tokamak,縮寫:EAST)」由「中國科學院電漿體物理研究所」在中國安徽省省會合肥市2003年開建,2006年便完成,花費不過是3億人民幣(約5千萬美元),遠低過其他國家的同類型系統,不單如此,EAST 更完成了一些突破性的實驗,令全世界刮目相看,亦很大可能令國際合作的科研組組織讓中國加入。

Tokamak Reactor Working Principle現時進行核聚變實驗的國際組織是「國際熱核聚變實驗反應爐」( International Thermonuclear Experimental Reactor,縮寫為ITER),根據公開資料,這組織在2003年成立,2007年中國成為最後一個加入後的成員國,所以亦有説現時的 ITER 2007年成立,大家希望用三十年時間花費100 億美元在法國建造一座實用的核聚變反應堆,達到下列六個目標:

1. 由聚變加熱而即時產生多於所提供的輔助加熱十倍的熱能(聚變能增益係數 10)。
2. 產生一個聚變能增益係數Q值超過5的穩定等離子區/體。
3. 維持8分鐘的聚變脈衝。
4. 可能點燃「燃燒的」(自我維持的)等離子區/體。
5. 開發聚變電站所需的技術和程序:包含 超導磁體 (以俄國T-15為領先),及遙控技術(由機械人實現)。
6. 檢驗氚的可控( 核聚變 )概念(可行性)

如果成功,反應堆便相當於一個人造的小型太陽,在氚聚變的過程中釋放出人類歷史前所未有的巨大能量,涉及到的是原子核內基本粒子的重組,能量比核裂變高逾十倍,由於產生的物質不含放射性或半衰期短,没有核裂變的放射性污染,最主要是安全及效率問題。現時的反應堆,最有前景的是托卡馬反應堆,原型是前蘇聨科學家發明創造,原理大致是利用一個強力人造磁塲作為控制核聚變燃料反應燃料活動的無形容器,然後以鐳射光束將氚加熱至接近太陽表面温度成電漿/等離子狀態,激發核聚變效應,在強力磁塲的管束下,核聚變連鎖反應在磁塲限制的空間內進行,如果反應能進入自持狀態(sustainable state)持續進行,總輸出熱能高於輸入能量而且大於五倍,那便是一個能實際運用的反應堆。

nuclear pollution is disastrous當 然,反對者的憂慮是有理據的,啟動後的連鎖反應如何制停是安全性的關鍵因素,失控的反應堆是否會變成一個氫彈對充滿雄心壯志的現代版普羅米修斯來説是杞人 憂天,但包括環保份子在內的反對者的憂慮令頭腦發熱的科學家冷静一點,未嘗不是一件好事。其實,更多人忽略的是人類的自我約束能力,神話中眾神之王的宙斯,對普 羅米修斯的震怒,是因為他對人類並没有足够信心,認為將能量交付給這種生物會搞出亂子。人類並非由宙斯創造,而是普羅米修斯及智慧女神雅典娜(Athena)的製品,在他眼 中,充滿缺點(雖然偶然他也會被一些美麗的雌性人類吸引而進行一些課餘活動,搞出一些半人半神的混血兒,具有他血統的人類果然比很多天神還要強大),其中一項便是不自量 力,經常向天神叫陣,野心大得很,眼前便是例子,當人類還未學會操控大自然的第三種火來為人類服務前,同時間已在準備點燃大自然的第四種火。

- 完 -


小傳 Biography

自小即獨鍾情科技,小學時已遍讀「十萬個為什麼」,初中物理課講授古典力學 F=ma 之時,私下卻神遊愛恩斯坦狹義相對論之 E=mcc  (即 E=mc2 ), 對經史子集,嗤之以鼻,以為古中國之科技無足稱道,豈料高中某日於圖書館中抱讀廣義相對論、正苦思不解時,偶翻老子道德經以解悶,驚為天書,繼而再閱莊 子, 易經,更嘆為觀止,近代科學之多個劃時代之理論,竟已為古人一一論述,諸如「太極生兩儀,兩儀生四象四象生八卦,八卦生萬物」,惋如將宇宙起源,正反物質 之誕生,基片粒子之結構以至元素周期之規律濃縮為密碼般,再翮閱雜書如周髀算經,以至小說神話如山海經,搜神記,乃知古中國之科技知識及國人之想像力,並 非如想像之不濟,不過為政者重文輕理,獨貴仕而輕農工商,寧務虛而不務實,上有好之者下必有甚然,故聰明才智之仕,盡委身於儒法之學,勤習治人之術,奇兵 利器能工巧藝皆目為形而下者之雕蟲小技,盡皆凐沒在民問,凡與實際生活及經濟生產有關之工藝技術,唯有賴師徒制口授耳聞,代代相傳,有系統整理立於文字 者僅聊聊可數如天工開物,凡涉抽像科學概念之理論,更混合超自然之想像, 化身為比形而上學更形而上之玄學如風水命理等,有見及比,從此自號無極,誓以課餘工餘時間,疏理古代文 獻, 還中國古代科技發展之本來面目

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