三十五亿度，却无人问津……
三十七亿度，却无人问津
2006年7月2日
6月19日，一位读者在Agoravox论坛上发布了一篇题为：
二十亿度。人类发现了绝对之火，却无人问津！
的文章，引发了300多条回复。由于另一位读者曾向我提及该论坛的存在，我也参与了讨论。感兴趣的读者可在存档中查看相关讨论：
http://www.agoravox.fr/article.php3?id_article=10680
我面对着一张白纸，不知该写些什么，该采用何种语气，该站在何种立场。诚然，面对如此情形，人们难免感到被事态所淹没，或者更确切地说，被……所谓的“非事件”所淹没。
在重新探讨这一主题之前，对于曾关注我在网站上关于“Z机器”及此项发现之言论或文章的读者，我想说：6月25日左右，曾有一位记者来访。他离开时表示将向主编提交一篇报道。反应迅速而简单：
- 我在法新社（AFP）或塔斯社（TASS），乃至任何通讯社都未看到相关消息。
确实如此。然而，自该消息发布以来已过去三个月，各国媒体及通讯社均未作出反应。这……令人震惊，也……令人恐惧。
因此，我将从头梳理这一事件的来龙去脉，以便新加入的读者了解情况。
一切始于2006年3月9日，Futura-Science网站发布的一则新闻：
http://www.futura-sciences.com/news-z-machine-depasse-deux-milliards-degres_8419.php
这篇文章实际上源自美国新墨西哥州桑迪亚国家实验室（Sandia Laboratories）官方网站发布的一则非常正式的公告。对于不了解情况的人而言，桑迪亚是一个庞大的实验室综合体，主要从事各类武器项目。为便于理解，数十年来，美国有两个实验室在核武器（及其他武器）设计方面始终处于竞争关系：
-
桑迪亚
-
洛斯阿拉莫斯（第一颗原子弹正是在此处的“台地”上研制的）
位于美国新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯实验室网站，第一颗原子弹在此诞生
继续梳理时间线，我们可以找到桑迪亚实验室于2006年3月8日发布的这则公告：
http://www.sandia.gov/news-center/news-releases/index.html
以下是该公告内容：
英文中的“Two billions degrees Kelvin”意为“二十亿绝对度”
事实上，这则公告紧随一篇重磅文章发表。该文由国际知名的等离子体物理专家、伦敦帝国理工学院的马尔科姆·海恩斯（Malcolm Haines）、桑迪亚Z机器实验负责人迪尼（Deeney）及其他四位研究者共同撰写，于2006年2月24日发表在顶级期刊《物理评论快报》（Physical Review Letters）上。上述两个链接仅涉及媒体报道。关键文献是上述文章。鉴于其重要性，我在购买后将其以PDF格式上传至我的网站供下载。
这是文章的第一页：
“Over 2 x 109 Kelvin”意为“超过二十亿开尔文度”
值得注意的是，文章首次提交日期为2005年5月13日。因此，该文所引用的实验结果早于该日期。
这才是真正有趣的文献，我对其进行了仔细审视。我针对科学家（以及科学记者）进行了分析，并在分析前附上了一份通俗摘要。具备科学背景或关注科学进展的读者可参考该分析。但本页及本专题旨在面向最广泛的公众。非科学背景或不关注科学进展的读者可跳过此链接。
在回到关于聚变（产生中子的聚变和“无中子”聚变）、托卡马克（如ITER）中的聚变或“惯性约束”聚变等一般性话题之前——这些是本专题的内容，我将尽力使其通俗易懂——先简要谈谈上述文章中至关重要的几点。
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自1998年以来，桑迪亚（以及其他核国家如俄罗斯、中国、英国、法国，但规模不及桑迪亚）进行了等离子体压缩实验。目的是通过电磁力压缩物质（后文将详述），使其升温并发射X射线。Z机器及同类设备最初并非为追求聚变而设计。它们仅仅是强大的X射线源，完全用于军事目的，旨在测试弹头在太空真空中爆炸的原子弹所产生的强X射线流下的耐受性。这种原子弹是反导武器的关键部件，其目标是通过强辐射摧毁炸弹精密的制导和引爆系统。自1998年以来，桑迪亚的实验表明，离子温度理应异常高。但当时并未直接测量。通过X射线发射测量的是电子温度。离子温度是推算出来的。后文将详述方法。奇怪的是，这些实验得出的离子温度远高于电子温度（高出百倍！）。这种“双温度”系统你在……厨房里就有。那就是……霓虹灯管。氖离子（失去电子的氖原子）是冷的，处于常温。你可以用手触摸灯管而不会被烫伤。然而，电子却处于数千度高温（后文将详述）。在桑迪亚的实验中，只有当“离子气体”比电子气体热得多时，现象才能得到解释。
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2005年，在Z机器上工作的研究人员得以直接测量这种离子温度，相关测量在海恩斯、迪尼等人的文章中有所描述。测量结果证实了之前的计算。正如标题所示，该温度“超过二十亿开尔文度”。但如果深入研读文章（以及我做的两个层面的分析），会发现该温度在测量期间持续上升，实际上从26.6亿度升至37.7亿度。这些测量结果是100%可靠的（通过多普勒效应引起的谱线展宽来测量温度是物理学尤其是天体物理学中的经典方法。排除伪影因素）。
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此外，海恩斯及其同事（他是理论物理学家）探讨了实现如此高温加热的机制。他们归因于磁流体力学（MHD）不稳定性。后文也将详细讨论这一点。
讨论内容显示，绝大多数读者和参与者认为聚变仅指氢的两种同位素混合：
氘 + 氚 → 氦 + 中子，释放14 MeV（兆电子伏特）的能量。
例如参见维基百科专题：
http://fr.wikipedia.org/wiki/Fusion_nucl%C3%A9aire
其中仅有一幅聚变示意图：
氢的两种同位素——氘和氚——在一亿度下的聚变示意图
可以看出，中子带走了大部分能量：是产生的氦核的四倍。
读者今后必须牢记其他聚变示意图。
在5亿度以上，锂与氢（轻氢）的聚变：
“无中子”聚变：锂-氢
在10亿度以上，硼与氢（轻氢）的聚变：
“无中子”聚变：硼-氢
之所以称为无中子，是因为没有中子。正是这些以相对论速度发射的中子，使得托卡马克（ITER就是一个托卡马克）中的聚变通过“活化”周围结构而产生放射性。此外，这些中子无法通过“磁约束”停止。除了物理障碍外，没有什么能阻挡它们。正如诺贝尔奖得主德热纳（de Gennes）所指出的，它们对负责约束的超导磁体结构极具破坏性，而该磁体造价高昂，无法定期更换。
能量仅由氦核携带，即普通的氦。放射性在哪里？没有。核废料在哪里？答案是：氦。你可以住在无中子聚变电站旁边。要么它通过烟囱排放氦气，气体上升。氦很轻。要么回收氦气用于填充气球，成本低廉。目前氦气昂贵。我们可以想象用氦气填充的太阳能驱动气球式车辆。或者，这些飞行器或车辆使用微型化的无中子聚变发电机供电。
现在必须回答读者合理提出的问题。温度是什么？
我们将定义气体的绝对温度T。需明确这是其定义。气体是由具有质量m的粒子组成的集合。这些粒子向各个方向运动。这种运动称为热运动。你呼吸的空气由分子组成，平均速度为每秒400米。这是平均值。有的更快，有的更慢，但假设它们都以相同速度运动误差并不大。为什么这些空气分子不会撕裂你的肺泡？因为它们质量极小。全速运动的空气分子甚至伤不到一只苍蝇。感觉到了吗？
在托卡马克中，绝对温度为1亿度。氢核以接近每秒一千公里的速度运动。这是它们的热运动速度。对于物理初学者，请参阅右侧框内内容：
所有物理学家
气体中绝对温度的定义：
k是一个常数，称为玻尔兹曼常数，其值为
k = 1.38 × 10
我们将进行高深物理探讨。氢原子、质子的质量为：
m = 1.67 × 10
千克
进入托卡马克。温度（在正常运行时）：绝对温度1亿度。内容物：
- 氘。核质量：3.34 × 10
千克
- 氚。核质量：5 × 10
千克
各占一半。核的平均质量。4.17 × 10
千克
在绝对温度一亿开尔文度下，这些核的平均热运动速度为：
一个分数，十的幂，一个平方根。你的神经元已经掌握了大半物理知识。现在，托卡马克内部是带正电荷的核和带负电荷的电子的混合物。介质具有碰撞性。这意味着离子和电子之间交换大量能量。可以说托卡马克的内容物是两种气体的混合物：
- 离子气体，由平均质量为4.17 × 10
千克的重氢核组成
- “电子气体”，由质量为0.9 × 10-30千克的粒子组成
碰撞倾向于建立热力学平衡状态。这意味着如果介质是不同物种的混合物，它们都处于同一温度。它们具有相同的绝对温度：此处为一亿度。但什么是电子温度，即“电子气体”的温度？定义方式相同。
玻尔兹曼常数不变。如果“共存”的两种气体处于“热力学平衡”状态，则温度相等。这意味着平均动能（热运动）相等。
由于电子更轻，它们速度更快，但远未达到相对论效应，相差甚远。
所有物理学家
：
D
气体中绝对温度的定义：
k是一个常数，称为玻尔兹曼常数，其值为
k = 1.38 × 10
-23
N
我们将进行高深物理探讨。氢原子、质子的质量为：
m = 1.67 × 10
-27
千克
进入托卡马克。温度（在正常运行时）：绝对温度1亿度。内容物：
- 氘。核质量：3.34 × 10
-27
千克
- 氚。核质量：5 × 10
-27
千克
各占一半。核的平均质量。4.17 × 10
-27
千克
在绝对温度一亿开尔文度下，这些核的平均热运动速度为：
一个分数，十的幂，一个平方根。你的神经元已经掌握了大半物理知识。现在，托卡马克内部是带正电荷的核和带负电荷的电子的混合物。介质具有碰撞性。这意味着离子和电子之间交换大量能量。可以说托卡马克的内容物是两种气体的混合物：
- 离子气体，由平均质量为4.17 × 10
-27
千克的重氢核组成
- “电子气体”，由质量为0.9 × 10-30千克的粒子组成
碰撞倾向于建立热力学平衡状态。这意味着如果介质是不同物种的混合物，它们都处于同一温度。它们具有相同的绝对温度：此处为一亿度。但什么是电子温度，即“电子气体”的温度？定义方式相同。
玻尔兹曼常数不变。如果“共存”的两种气体处于“热力学平衡”状态，则温度相等。这意味着平均动能（热运动）相等。
由于电子更轻，它们速度更快，但远未达到相对论效应，相差甚远。
将气体介质加热至高温就是增加离子的热运动速度。在50万开尔文度的锂等离子体中，锂核的热运动速度为每秒1330公里。在10亿度下的硼等离子体中，该速度为每秒1516公里。
计算细节见框内：
50万开尔文度的锂
气体中的绝对温度：
k是一个常数，称为玻尔兹曼常数，其值为
k = 1.38 × 10
气体在绝对温度T下的热运动速度：
- 锂核质量：核子（质子和中子）质量的7倍，即：
1.67 × 10
千克 = 1.17 × 10
千克
由此得出热运动速度为：
每秒1330公里
10亿开尔文度的硼
气体在绝对温度T下的热运动速度：
- 锂核质量：核子（质子和中子）质量的11倍，即：
1.67 × 10
千克 = 1.83 × 10
千克
由此得出热运动速度为：
每秒1516公里
你不觉得现在更清楚了吗？
50万开尔文度的锂
：
T
气体中的绝对温度：
k是一个常数，称为玻尔兹曼常数，其值为
k = 1.38 × 10
-23
V
气体在绝对温度T下的热运动速度：
- 锂核质量：核子（质子和中子）质量的7倍，即：
7
x
1.67 × 10
-27
千克 = 1.17 × 10
-26
千克
由此得出热运动速度为：
每秒1330公里
10亿开尔文度的硼
：
V
气体在绝对温度T下的热运动速度：
- 锂核质量：核子（质子和中子）质量的11倍，即：
11
x
1.67 × 10
-27
千克 = 1.83 × 10
-26
千克
由此得出热运动速度为：
每秒1516公里
你不觉得现在更清楚了吗？
但如何产生这些热运动速度？如果我设法使等离子体内爆，且内爆速度达到这些数值，动能将转化为热运动速度。这很简单。能量必须守恒。如果在过程中辐射损失不过多，就会发生这种情况。
原子将相互碰撞。碰撞将把动能重新分配到各个方向。无论如何，内爆过程都会加热介质。但这种温度能否维持足够长的时间以使聚变发生？
“足够长”意味着什么？
好问题。这促使我们思考产生聚变反应的条件。因此，我们将讨论劳森判据。这是一个大词，用来描述某种相当简单且直观的东西。俗话说，不打破鸡蛋就做不出煎蛋卷。想象一下，你要打破质量为m的鸡蛋（我不知道鸡蛋有多重，但这无关紧要）。假设我们有一个容器，里面的鸡蛋滚动并相互碰撞。要使两个鸡蛋碰撞导致破裂，必须：
-
鸡蛋确实发生碰撞
-
它们的相对速度足以打破蛋壳。
设M为鸡蛋质量。也许有人会做这个（其实很有趣的）实验，确定两个碰撞鸡蛋需要多快的速度才能开始制作煎蛋卷。称这个速度为V。如果这个速度是鸡蛋的热运动速度，就可以将其视为热运动速度。如果速度不足，即使是正面碰撞，蛋壳也会抵抗。然而，热运动速度意味着温度。将鸡蛋替换为核，将蛋壳破裂替换为聚变反应。如果介质温度超过某个阈值，就会发生聚变。对于氘-氚混合物，最低温度为1亿度。事实上，要使氘和氚发生聚变，这些核必须足够接近，以便“聚变反应”发生。阻碍它们接近的是，由于两者都带正电荷，它们在静电力的作用下相互排斥。
前文已述，与氢核温度1亿度相关的热运动速度（即碰撞速度）接近每秒1000公里。要使锂和氢聚变，必须使带一个电荷的质子和带三个电荷的锂核接近。所需做的功更大。因此，聚变温度更高：5亿度。对于硼核（5个单位电荷）和质子（普通氢核）更是如此。巧合的是，该温度正好是10亿度。
这些聚变温度：1亿度、5亿度、10亿度，看似不切实际，但如果从热运动速度的角度思考，事情似乎更具体：
每秒1000公里、1300公里、1500公里
组分达到这些热运动速度是必要条件，但非充分条件。
这些热运动速度是