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标题: 玩核聚变的男孩 [打印本页]

作者: 教师之友网 时间: 2013-3-23 00:50
标题: 玩核聚变的男孩

玩聚变的男孩：自家车库里建核实验室

　少年泰勒·威尔森从小就与众不同。他对科学知识充满渴求，10岁就背完了元素周期表，热衷于各种科学实验，12岁时他所在的学校已经无法教给他新的知识。 14岁时，他建造了一个核反应堆，成为地球上成功完成核聚变的最年轻的天才。

　　“推进”，九岁的男孩拉着父亲走进亚拉巴马州亨特斯维尔美国太空和火箭中心的大门说，“我只想看推进装置。”

　　一位年轻女士领着游客们走向登月计划所用的“土星5号”火箭的巨大模型。他们弓身从火箭底部的喷口下穿过，肯尼斯·威尔森看着儿子一脸敬畏的表情突然觉得自己肩上的担子轻了一些。至少在这几分钟里，有别人来满足这个孩子巨大的求知欲。

　　然后，泰勒抬起他的头，但不是要提问。他对这枚人类曾经发射过的最大的火箭了如指掌。而且显然想要和每个人分享他知道的信息：速度和动态质量关系、负载比例、液体燃料和固体燃料的优劣。导游后退一步，把讲台让给这个带着阿肯色州口音的瘦削的男孩。他噼里啪啦很快讲述了一堆博士生水平的概念。其他的成年游客也后退了一步，也许是被这个孩子与其年龄不相称的大胆、聪慧和博学震慑住了。

　　导游赶紧跑去请来中心负责人——你得来看看这个孩子！——肯尼斯又觉得肩上的担子再次压下来。在当时他还不知道，这还是他人生中比较简单的岁月，此时他那聪明得让人害怕的孩子还只是着迷一些简单的东西，比如火箭科学。

　　这时泰勒还没有把家里的车库变成神秘的、夜晚会发光的、装满了各种岩石、金属和化学液体的实验室。他还没有想出各种方法用中子解决我们这个时代一些最大的挑战：癌症和核恐怖。他还没有建造一座反应堆，成为年仅14岁就成功实现核聚变的第一人。

　　我见到泰勒·威尔森时，他已满16岁，正忙着考驾照。他和父亲驾车来到内华达州雷诺市北部的弗吉尼亚山区，探寻铀矿。

　　从后座，我可以看到泰勒的侧面。他的沙色头发略长，额头鼻子都很高，瘦削得像个流浪儿，当他滔滔不绝地谈论自己感兴趣的话题时，脆弱的感觉完全消失。过去几小时，乃至过去几天，他一直在兴致勃勃地谈论核能。我们从宇宙大爆炸一直谈到核冬天。中间讨论了核裂变和聚变、爱因斯坦和奥本海默、切尔诺贝利和福岛、物质和反物质。

　　“（泰勒的天赋）究竟是从何而来？”肯尼斯和他的妻子蒂芬妮多次问自己这个问题。肯尼斯是可口可乐工厂的装瓶工，一名前橄榄球运动员。蒂芬妮是一名瑜伽教练。肯尼斯说，“我们俩对科学一无所知。”

　　威尔森家的大孩子从小就不安分。还在蹒跚学步时，泰勒就不喜欢普通玩具。他的玩具是锥形交通路标和路障。4岁时，他身穿橙色背心，戴着一顶小小的安全帽，站在自家房子前面指挥交通。5岁生日时，他说想要一台起重机。但当他的父母把他带到玩具店。他却跺着脚大叫：“不，我要真的起重机。”

　　这个时候，普通的父亲都会将孩子训斥一番。肯尼斯却给一位建筑公司的朋友打了电话。泰勒生日当天，一台6吨重的起重机出现在生日派对上。孩子们轮流坐在驾驶员的大腿上操纵巨大的机器臂。

　　在旁人看来，威尔森家对孩子实在过分宠溺。几年后，当泰勒开始玩耍一些极度危险的东西，他们的放任纵容更招致诟病。但这正是威尔森夫妇故意选择的教育方式。“我们想要帮助我们的孩子弄明白他究竟想做什么样的人，”肯尼斯说，“然后我们将竭尽所能帮他们实现目标。

　　10岁时，泰勒将一张元素周期表挂在自己的房间，一周后，他记下了所有的原子数、质量和熔点。在感恩节家庭聚会上，他穿着字母图案的实验服，拿着几把柳叶刀出现在大家面前。他宣布，要从每个人身上抽一点血，用于“基因比较实验”。每个家庭成员都乖乖伸出手指头让他抽血。

　　第二年夏天，泰勒把所有人邀请到后院。他像魔术师一样拿着一个药瓶，里面装有蔗糖和他在车库里发现的树桩移除剂（硝酸钾）。他将瓶子放在地上，点燃引线。接下来出现的并非大家预料的“砰”的一声鞭炮响。巨大的爆炸声响起，惊慌失措的邻居们纷纷跑出家门。他们看到一个小蘑菇云从威尔森家的后院升上天空。

　　泰勒11岁生日时，他的祖母带他去了书店。他挑中了肯·西尔维斯坦的《放射性童子军》（The Radioactive BoyScout）。该书讲述了大卫·哈恩的真实故事。上世纪90年代中期，这位密歇根州的少年尝试在自家后院建造一座增值反应堆。泰勒深受这个故事吸引。大声将其中一些段落读了出来：男孩拆开烟雾报警器寻找放射元素镅……穿着防护服的小队拖走了汉恩家中被辐射污染的物品。在肯尼斯和蒂芬妮看来，这是一个应该让人引以为戒的故事。但泰勒最近刚刚对元素周期底部两排元素——放射性元素——产生浓厚兴趣，找到了新的挑战。“你们知道吗？”他说，“那个孩子想做的事情，我肯定我能够做到。”

　　一个理性的社会应该知道要如何对待像泰勒·威尔森这样的孩子，尤其是在目前情况下——美国的技术优势正在消失，科学人才日益依赖进口。但是，当泰勒12岁时，他和他的弟弟乔伊（比他小3岁，具有数学天赋）的知识水平已经远远超过了学校课程。他们在学校无所事事。

　　大卫·汗恩也曾感到无聊——像泰勒一样，他聪明到令人生畏。但是两个孩子的故事相似之处仅止于此。汗恩的父母禁止他进行危险实验，这个愤怒的少年只有悄悄实验。但肯尼斯和蒂芬妮抑制了干预泰勒兴趣的冲动。

　　肯尼斯和蒂芬妮同意泰勒为学校的科学展览进行一次“日常物品放射性调查”。肯尼斯还借来了一个测量放射水平的盖革计数器。接下来的几个周末，他和蒂芬妮轮流带着泰勒拜访当地古董店，他发现了一堆有放射性的东西——含有钍灯罩、镀铀的节日餐盘。泰勒用自己的零花钱买了一套放射性餐具。

　　深受放射性材料“惊人特性”所吸引，泰勒想要了解更多。只有盐粒大小的金属为什么能够释放出如此巨大的能量？为什么一些岩石会导致胶片曝光？为什么一种同位素衰变只需百万分之一秒，而另一种却需要200万年？

　　当泰勒开始探寻所有物质的基本原理时，他发现渺小又威力巨大的原子蕴含着值得终身研究的秘密。汉恩发现资源有限，而泰勒却发现在互联网上有挖掘不尽的信息，还可以买到各种各样的新奇材料。原来摆放化学品、显微镜的桌上开始出现核燃料球芯块、铀矿石。当他的父母敦促他要注意安全时，泰勒就会抛出一大堆专业术语。他向他们保证，他能够从这些岩石、金属和液体中获得能量。

　　肯尼斯请了一位核药剂师朋友来检查泰勒的安全措施。这位朋友说，就他的了解，泰勒的做法完全正确。但他也警告说，放射性物质很复杂，辐射事故可能瞬间发生。当泰勒认识到错误时，可能为时已晚。

　　很快泰勒就玩上了更“淘气”的东西——贫化铀、无线电发光材料——并开始收集神秘的仪器，比如一位前宇航员送给他的质谱仪。肯尼斯和蒂芬妮忧心忡忡，泰勒试图安慰他们：“我是负责任的放射性童子军，我知道自己在干什么。”

　　一天下午，蒂芬妮看到泰勒穿着黄色的防辐射连体衣，正在观察水泥地上的一滩液体。她对他吼道：“泰，吃晚饭了。”

　　“我觉得必须先把这里清理干净。”

　　“这不是那种你说过如果泄露就会杀死我们的东西吧。”

　　“我认为不会，”他说，“不会立即致死。”

　　那年夏天，肯尼斯与前妻的孩子，正在上大学的阿什利到威尔森家住了一段时间。“后院的爆炸声变得有点频繁，”她告诉我，“看得出来每个人都有点沮丧。他们会抱怨，泰勒立刻反击，他的论据总是很充分。他的思维总是先你一步。我对他们说，”你们需要拿出父母的样子。他倒成了当家的了。“

　　“她不明白，”肯尼斯说，“我们别无选择。泰勒不懂‘不能’这个词的意思。”

　　“即使他懂得，”蒂芬妮说，“他也不会听。”

　　“回头去看，我现在已经明白了，”阿什利说，“我的意思是，你可以告诉泰勒，世界并不围绕他转。但他不会明白。并非因为他自私，但他的脑袋装了太多的东西。”

　　那时候，蒂芬妮情绪低落。她刚失去了自己唯一的姐姐。她母亲的癌症再次复发。“那是艰难的时期，”泰勒说，“但是，外婆虽然要死了，她的尿液却很有趣。” 泰勒看上去有些害羞。他知道别人会觉得他很奇怪。“在接受PE T扫描后，她给了我一些尿样。我用铅皮容器装了起来。”

　　还有就是他犹豫了片刻，似乎不确定是否要讲下去，“她得的是肺癌，所以她会咳出小片的肿瘤，交给我解剖。有人肯定会觉得恶心，但我觉得非常有趣。”

　　但是在当时，没有人明白，泰勒在迅速成长。他不再以自我为中心。他想到了改变周围的世界。在他看来，问题在于用于诊断和治疗肿瘤的同位素寿命太短。它们必须如此，这样才能进入人体，杀死目标肿瘤，迅速衰变，不至于毁坏健康细胞。这些放射性物质需要安全、及时的运抵目的地，经常用私人飞机运送，所以价格昂贵。假如可以在医院制造这些医用同位素，有多少像他的外婆一样的人能够因此得救。

　　泰勒搅拌着有毒尿样，拿着一个盖革计数器准备测量辐射水平。突然灵感闪现。他看着黄色的液体，答案冒了出来，耀眼的太阳，准确地说是太阳获得能量的方式 ——核聚变。通过驾驭聚变——原子核撞击、融合、释放能量的时刻——泰勒可以创造高能中子，用于生产医用同位素。原来的方法是用造价数百万的回旋加速器制造同位素，然后用飞机运送给病人。而泰勒想制造一个安全、廉价、小巧的聚变反应堆，让世界各地的医院根据需要生产同位素。

　　当时，全世界只有10个人成功建造了聚变反应堆。泰勒联系了其中一人，住在新墨西哥州阿尔伯克基的26岁博士生卡尔·威利斯。两人一拍即合。但威利斯和其他成功完成聚变的人一样，拥有高等学位，有高科技的实验室和精密仪器供他使用。住在得克萨斯和阿肯色州边界的

　　中学生要如何创造自己的恒星？

　　泰勒13岁时，医生说他的外婆还剩下最后几周的生命。阿什利将关于内华达州雷诺市一所新学校的报道发给蒂芬妮和肯尼斯。戴维森学院是为全美国最聪明的孩子开办的公立学校。学校允许学生在旁边的内华达大学从事高级研究。软件企业家简妮斯和罗伯特·戴维森夫妇在2006年创办了这所天才学校。两人一直认为，现在的教育体制忽略了那些最聪明最优秀的学生。

　　在泰勒和弟弟乔伊被戴维森学校接收前，泰勒就自己约见了内华达大学物理学家，弗雷德沃特·温特伯格。温特伯格是著名原子物理学家诺贝尔奖得主。

　　韦纳·海森堡的学生。当泰勒告诉温特伯格，他打算建一个聚变反应堆。这位以脾气暴躁闻名的科学家立刻吼叫说：“你才13岁！”在他看来，即使对于博士生，这样的项目也太复杂太危险，“首先，你必须掌握科学的语言微积分。”“在那之后，”蒂芬妮说，“我们认为这事情大概不会有结果。肯尼斯和我都松了一口气。”

　　但是，泰勒依然没有学会“不能”一词。秋天，就读戴维森学院之后，他找到了两位学者。其中一人就在温特伯格的办公室隔壁。“我从没有见过他这个年纪的孩子掌握如此深厚的知识，”原子物理学家罗纳德·法诺夫说，“但他告诉我他想在车库里造一个反应堆，我就想‘哦上帝，我们不能让他这么做。’但也许我们可以帮助他在我们的实验室里做到。”

　　法诺夫邀请泰勒旁听他的高级核物理课，并介绍他认识了实验室技师比尔·布林斯米德。布林斯米德最初不太愿意参与这个13岁男孩的实验。但当他和法诺夫带泰勒参观物理系的设备仓库时，是他想到了自己的童年，他也曾感到无聊、想要造出真正酷的东西（比如激光，后来他真的成功了）但大人们只会泼冷水。

　　在一堆设备中，他们找到了一个有着厚不锈钢墙壁，能够承受极端高温高压的高真空室。“我能用这个造我的反应堆吗？”泰勒问布林斯米德，“我想不到更好的用途。”布林斯米德回答说。

　　蒂芬妮开车行驶在一条土路上。泰勒说服她带他到新墨西哥州卡尔·威利斯家做客一周。泰勒称威利斯为“我最好的核朋友”。

　　威利斯现年30岁；又高又瘦，比泰勒安静得多。当他对某件事感兴趣时，脸上就出现开心且好奇的表情。当他不感兴趣时就显得心不在焉。泰勒和威利斯每年相聚几次——拜访研究设施、勘探铀或是一起做实验。

　　开始几天，我们在沙漠里寻找铀，去洛斯阿拉莫斯采购二手实验设备。第二天，我们在巴约峡谷四处漫步。曼哈顿计划的工程师们曾在这里引爆了历史上最大的一些脏弹，最终造出代号“胖子”的原子弹，将日本长崎夷为平地。

　　今天，我们要寻找“断箭”残余。“断箭”指代丢失的核武器。在研究军队解密文件时，泰勒发现，1957年5月，一枚代号“和事佬”氢弹意外掉落在这个地方。“和事佬”的设计威力是摧毁广岛的“小男孩”的700倍。对于美军而言这是一次令人尴尬的事故。氢弹从支架上脱落，砸开了B -36轰炸机炸弹舱舱门。虽然钚芯还没有插入氢弹，传统炸药和放射性材料制成的“火花塞”受冲击后被引爆，形成火球，在地上留下一个巨大的弹坑。一头正在吃草的鹿是唯一的牺牲者。

　　蒂芬妮将租来的SUV停在灌木丛边，我们拿出金属探测器和盖革计数器，分头行动。蒂芬妮说，“这就是我们的度假方式。”

　　威利斯说，当泰勒第一次和他取得联系，这个12岁男孩的专注和坦率让他吃惊，他问了他几个艰深的技术问题，依然无法探知泰勒的知识程度。取得肯尼斯同意之后，威利斯给泰勒发了几篇关于聚变反应堆的论文。然后，泰勒就开始为他的新机器收集材料。

　　在戴维森学院读一年级时，每天下午，泰勒都在法诺夫实验室的一个角落解决复杂的技术问题，搜寻关键零部件。法诺夫在劳伦斯伯克莱国家实验室给他找到一个多余的高压绝缘子。威利斯当时在一家建造粒子加速器的公司工作，说服他的老板提供了一个非常昂贵的高压电源。

　　在布林斯米德和法诺夫的帮助下，泰勒应用了20多个技术领域——包括核物理、等离子物理、化学、辐射计量和电机工程的知识。慢慢地开始组装反应堆，陆续解决了真空泄露、电机故障、等离子体流场间歇等问题。

　　在14岁生日刚过不久，泰勒和布林斯米德将氘装进机器，打开电源，确认了中子的产生。泰勒成为地球上成功完成核聚变反应的第32人。然而，泰勒与众不同之处不在于他研制的机器本身，而在于它的用途。

　　在研究用反应堆制造医用同位素的同时，泰勒读到一份报告，讲述每天进入美国的成千上万个集装箱成为国土安全的软肋，大规模杀伤性武器很可能通过集装箱进入美国。一天晚上，泰勒躺在床上想到了一个点子：为什么不用聚变反应堆生成的中子扫描集装箱内的物品？接下来几周，他设计了一个装置，它用小反应堆向经过的集装箱发射中子。如果箱内有武器，中子将迫使原子裂变，释放伽玛射线（如果内部装有核材料）或是氮（如果内部装有传统武器）。另一侧的检测器将接收信号，发出警告。

　　泰勒带着自己的反应堆和核弹检测装置的设计参加了英特尔国际科学和工程展览。这个展览吸引了来自50多个国家的1500名最聪明的孩子。当英特尔的C E O保罗·奥特里尼听说一个14岁的孩子建造了一个聚变反应堆，立刻直奔泰勒的展台。经过20分钟交谈后，人们看到奥特里尼微笑着离开，还不停在摇头，似乎觉得难以置信。后来，我问他当时在想什么。“我只能想到，‘幸运的是这孩子是站在我们这一边的。’”

　　在过去3年，泰勒称霸国际科学展，赢得了9个奖项、10万美元奖金和海外旅行。美国国土安全部得知泰勒的设计后，邀请他到华盛顿和核监测办公室的专家见面，并邀请他上交一份核武检测装置的设计方案。泰勒见到了当时的能源部副部长克里斯蒂娜·约翰森。“我认为像他这样的天才一辈人可能才出一个，”约翰森说，“他不仅聪明；他还很酷，善于言谈。我认为，他是我见过的最神奇的孩子。”

　　泰勒的故事和大卫·汉恩的故事有着相似的开头——一个天才少年，沉迷于一个疯狂的计划。为什么结局却大不相同？汗恩被逮捕。而泰勒却获得一堆大奖、申请专利、上电视、得到大学邀请。

　　答案在于——支持。汉恩的计划遭到周围成年人的反对，在没有监管的情况下悄悄实验，导致接近灾难的后果。而泰勒设法赢得了能够帮助他实现梦想的人的帮助：这其中包括宽容的物理教授；年长几岁的核天才；古怪的实验室技师；为聪明绝顶的孩子们创办天才学校的企业家夫妇。但是，最为重要的是泰勒父母的教育方式。他们有一个伊卡罗斯（他乘着他父亲做的人工翅膀飞上天空，由于离太阳太近以致粘翅膀用的蜡溶化，掉进了爱琴海）般的儿子，但他们没有将他束缚在地上。而是让他选择自己的翅膀，任他翱翔，去摘取自己的星星。

　　经过约一小时的搜寻，探测器开始发出叫声。我们发现了烧焦的白色塑料碎片，还有一些铝片——其中一片带有稍许放射性。它们是丢失的氢弹的残骸。泰勒找到一块粗糙的金属。他用探测器扫描了一下。“不幸的是，不带放射性。”

　　“是我喜欢的类型，”蒂芬妮说。

　　威利斯捡起一大片炸弹外壳，把泰勒叫了过去。泰勒将探测器对准它。仪器发出咆哮。威利斯看到泰勒对刚发现的宝贝露出垂涎的样子，把它递给他。泰勒欣喜若狂。“简直是美梦成真！”他大叫，“这地方宝贝真多。”

　　突然之间，相隔五六英尺就能找到放射性垃圾——虽然军方宣称这个地方经过了彻底清扫。泰勒跪下来，开始用手挖掘，大声报出每一样发现。蒂芬妮看了看表说， “泰，我们得走了，否则会错过航班。”

　　“我还远远没有挖完！”他说，“这是我这辈子最棒的一天！”当我们把泰勒拉上车时，已经非常迟了。“泰，”蒂芬妮说，“我们要拿这些东西怎么办？”

　　“花50美元可以当作超重行李托运，”威利斯说，“不用贴上标签，谁也不知道里面是什么，也不会伤害任何人。”几分钟后，我们给一个盒子缠上胶带，搬到车上。“我们已经找到60磅铀、炸弹残片和放射性碎片。”泰勒说，“这些东西足够造一枚不错的脏弹。”

　　事实上，这些东西的辐射量非常低，如果不是长期近距离接触，不会构成任何危险。蒂芬妮依然担心地问泰勒，“你认为我们能够通过安检吗？”泰勒回答，“机场没有辐射检测装置。除了一个实验计划，我不能告诉你是在哪个机场。”

　　当机场搬运工给盒子称重时，我扫了一眼“违禁物品”标示牌。上面说，乘客不能将油漆、可燃物或水带上飞机。但放射性物品并不在违禁物品之列。

　　我们在雷诺降落，去取行李的路上泰勒说，“我希望那个盒子够结实。如果坏了，我希望他们能把散落在飞机上的放射性宝贝还给我们。”很快盒子出现在行李输送带上，外面贴着鲜艳的黄色胶布，里面有一张条子解释说，行李已经被开箱检查过。“他们根本不知道，”泰勒微笑说，“他们看到的是什么东西。”

　　除了门口的指纹扫描器，戴维森学院看上去和普通高中无异。只有当学生们开口说话，你才意识到这地方的特别之处。这里好像是高智商小孩的魔法学院。这些数学天才、音乐神童、象棋高手从走廊经过，不断可以听到诙谐机智的对话。在人文课上，讨论经常升级为智力竞赛。虽然每个学生都有自己的专长和过人之处，泰勒毫无疑问是学校的名人。走廊的墙壁上悬挂的相框里装着关于泰勒的新闻报道。泰勒带我访问了校长、学校创始人和几位泰勒的朋友。在他的微积分课之后，我们来到内华达大学的物理系，见到了法诺夫和布林斯米德。

　　泰勒的反应堆装饰着黄色辐射警告标志，摆放在法诺夫实验室的角落。它看上去很漂亮——闪亮的不锈钢和玻璃舱位于圆柱躯干顶端，连接一系列的传感器。透过通向反应舱的窗户，可以看到钨丝格栅。反应开始后，舱室中央将出现等离子体。这是一种自由电子、离子、光子和原子分子自由混合的物质状态。

　　“OK，全部后退，”泰勒说。我们后撤到一面铅质的墙壁后。他晃了晃头，把挡住眼睛的头发拨开，按下一个开关，又拨了一个旋钮，调高电压。“我和比尔第一次就是这么做的，”他说，“但现在，我们可以做得更好。”

　　通过视频监视器，我看到反应舱内的钨丝开始发光，然后变成了鲜艳的橙色。蓝色的等离子体云开始出现，像幽灵一样悬浮在反应舱中央。“当钨丝消失，”法诺夫说，“你就知道致命的辐射场已经产生。”

　　我观看监视器，泰勒则专注于操作和测量。“现在电压已经升到2.5万伏，”泰勒说，“我打算再加高一点。”威利斯的电源发出噼啪响声。反应堆进入“恒星模式”。当氘原子在巨大的电压下加速相撞。布林斯米德紧紧盯着绰号“Snoopy”的中子探测器，突然大叫道，“中子出现了。”泰勒将电压提升到4万伏特。法诺夫笑着说，“哇，现在看Snoopy！”

　　泰勒将电压提升到5万伏，使反应舱内等离子体的温度达到5.8亿度——相当于太阳的中心温度的40倍。中子监测器显示超过最高读数，布林斯米德发出欢呼声。“超过Snoopy的最大读数！”他大叫着，做了个舞蹈动作。视频监视器上，等离子体云发出紫色光，照亮法诺夫和布林斯米德的面庞，他们站在泰勒旁边，看上去满脸惊讶。

　　当原子相撞，融合，释放出能量时，泰勒纤细的手指紧紧抓着遥控器的刻度盘，3个成年人后退了一步，不可置信地摇着头，笑得嘴角都裂到了耳朵边。

　　“这就是，”泰勒紧盯着他的机器说“一颗新星的诞生。”

　　来源：腾讯科技

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