David Kirtley: 大卫·柯特利：核聚变、等离子体物理与能源的未来

莱克斯·弗里德曼介绍大卫·柯特利（David Kirtley）：他是核工程师、聚变专家，也是Helion Energy的首席执行官。弗里德曼把Helion描述为一家在建造聚变反应堆方面进展迅速的公司。他直白地说明了其中的意义：商业化聚变将以清洁、安全的方式满足我们大部分的能源需求，提供几乎无限的清洁电力。他也明确指出了难度所在：氢必须被加热到1亿摄氏度以上，并维持足够长的时间，让原子发生聚变。

这就是为什么过去一直有个笑话，说聚变还要30年才能实现，而且永远都是还要30年。

弗里德曼随后将聚变与裂变作对比。当今的核电站利用裂变来分裂重的铀原子，而聚变则是把轻的氢原子结合在一起，这也是为太阳和恒星提供能量的反应。他列举的好处包括：燃料来自水，没有长寿命放射性废物，没有碳排放，以及固有安全性：聚变反应堆不会熔毁，一旦出了问题，它只会直接停下来。这些是主持人的框架性说法，这部分对话并未用证据加以检验。他还短暂岔开话题，谈到了发音问题。他引用Reddit上Sample Size版块用户pmgoodbeer的一篇帖子，称美国人更喜欢把“fission”读得与“vision”押韵，而英国和其他国家则读得与“mission”押韵；他选择了美式读法，理由是“because America”（因为这是美国嘛）。

在技术方面，弗里德曼说，大多数聚变研究采用的是托卡马克，即巨大的甜甜圈形磁约束腔室，而Helion采用的是脉冲磁惯性聚变。他承诺柯特利稍后会讲解具体的物理和工程细节。他更宏观的论点着眼于历史：人类一直受制于能源匮乏，农业、工业化和信息时代的到来，都“部分”源于新的能源。按照这种观点，攻克商业化聚变将开启一个能源充裕的时代。开场白最后是惯常的赞助商信息，以及他对柯特利的欢迎。

柯特利从宇宙的视角切入。聚变为恒星提供能量，归根结底，我们在地球上使用的大部分能量也来源于此。阳光为植物提供能量，植物变成石油，而化石燃料在过去100年里驱动着人类文明。他指出的讽刺之处在于，人类尚未直接利用聚变来发电。

所以，聚变就是驱动整个宇宙的东西。

按照他的定义，聚变是把氢以及氢和氦的轻同位素结合成更重的元素。生成的原子核比其各组成部分的质量之和略轻。他将此归因于量子力学，以及把原子核束缚在一起的强核力。根据E=mc²，缺失的质量以能量形式释放出来。他补充说，实际的反应比这种一句话的概括要丰富得多。

而且我认为，实际的反应远比“只是轻了一点，因此释放出能量”要有意思得多。

裂变则正好相反。柯特利形容铀和钚非常重，内部粒子非常多，以至于它们“几乎根本束缚不住”：不稳定、具有放射性，处于快要分崩离析的边缘。向铀-235或钚-239原子核中加入一个中子（一种不带电的亚原子粒子），它就会碎裂成一整系列的碎片。这些碎片加起来同样比原来的原子核略轻，差值以能量形式释放出来。

他把这两种过程与元素周期表上一条著名的曲线联系起来，铁就是其中的分界点。

铁是介于两者之间的神奇节点：比铁轻的元素会聚变结合在一起，比铁重的元素则会裂变，或者说具有易裂变性，会分裂并释放能量。

接着，柯特利沿着恒星的生命周期展开讲述。我们的太阳是一颗处于早期阶段的恒星，正把氢燃烧成氦。较晚期的恒星会把氦聚变成碳，再把碳聚变成更重的元素。他说，这一演化过程促使Helion去思考比最简单的燃料更先进的聚变燃料，也就是在宇宙各处恒星中能看到的那类燃料。他尚未说明Helion考虑的是哪些先进燃料。

弗里德曼把视野拉远，提出了自己的看法：在数亿乃至数十亿年的时间跨度里，外星文明很可能都是靠聚变驱动的，就像我们的文明已经在间接依靠聚变一样，太阳就是它的发电厂。随后他请柯特利解释E=mc²。

柯特利称它是一个基本关系式，由爱因斯坦在担任专利局职员期间发现。他说，这一关系开启了原子物理学，揭示了原子核内部发生的事情，并为后来的进展铺平了道路。其核心思想是，我们视为质量的粒子同时也是能量，两者之间存在直接的定量联系。他说，原子反应中释放的所有能量都源于此。

他提出的一个不那么为人熟知的观点是，化学反应同样如此。氢和氧燃烧生成水时，质量会发生变化，只是变化极其微小。

每个原子、每个分子的这种变化其实非常小，极难测量，但它确实存在

他补充说，原子过程和化学过程中的能量都以电子伏特为单位来衡量。这为化学能与核能之间的量级差异做了铺垫，不过他在这里没有给出每次反应的具体数值。

被问及燃料时，柯特利说，铀和钚的原子核并不是人类制造的。它们形成于原初宇宙，经由超新星、大爆炸以及物质的最初形成过程而产生，我们只是把它们从地下挖出来。随后他又做了限定：大多数钚其实是由铀制成的。他表示可以谈谈铀浓缩，但在这一部分并未展开。

相比之下，聚变燃料是各种形态的氢，是原初的物质，也是宇宙中最常见的物质。太阳和恒星由氢和氦构成，宇宙中的大多数原子至今仍是氢。弗里德曼总结说：裂变燃料已经埋在地下，而聚变燃料无处不在。柯特利表示同意。

Helion使用的具体燃料是氘，一种较重的氢同位素。普通的氢由一个质子和一个电子组成，原子质量为1。氘的原子质量为2，因为它的原子核中有一个带电的质子和一个不带电的中子。柯特利强调氘非常常见：地球上所有的水里都有它，他正在喝的水里有，他的身体里有，可口可乐里也有。他称氘安全、清洁。

他在这一部分给出的最具体的数字是一个估算，而非测量结果。他说，如果全人类都以当前的用电水平依靠聚变供能，海水能在很长时间内提供燃料。这个范围很宽，跨越一个数量级，而且是以当今的电力需求为基准，并未考虑未来的增长。

地球上的氢和氘可提供大约1亿年到10亿年的燃料。

当弗里德曼问这些氘是如何储存的时候，柯特利说它大多就在水里。普通的水是H₂O，而重水是D₂O，即两个氘加一个氧。实际上水是一种混合物，其中包括含一个氢和一个氘的HDO分子，以及其他形态的氢。他的解释说到这里就没了下文。

这部分访谈是基础性的。它阐述了聚变和裂变背后的质量亏损物理、铁这一分界、两类燃料各自的宇宙起源，以及氘的丰富储量。关于聚变好处的最强论断来自弗里德曼的开场介绍，而不是对话中的证据。这些论断包括：没有长寿命放射性废物、不可能发生熔毁，以及聚变将解决大部分能源需求。Helion自己的方法，即脉冲磁惯性聚变，虽被提及但尚未得到解释；达到1亿摄氏度以上高温的工程挑战也同样没有展开。

柯特利自己给出的数字都附带了明确的保留。燃料供应是“我们估计”的结果，给出的范围是在当前用电水平下可用1亿年到10亿年。他对裂变的说明也有限定：他先说铀和钚是从地下挖出来的，随后又补充说大多数钚是由铀制成的。转录文本在后面的片段中重复了若干段落，因此关于化学反应质量变化、燃料来源的相同解释，以及弗里德曼“燃料无处不在”的总结都出现了两次。在其中一处重复中，说话人标签与内容不符。

大卫·柯特利说，聚变的燃料是氢，尤其是氘，一种较重的氢同位素。典型的氢原子有一个质子和一个电子，原子质量为1。氘的原子质量为2，因为它的原子核中有一个质子（带电）和一个中子（不带电）。柯特利强调氘非常常见。他说，地球上所有的水里都有氘，包括他在访谈中喝的水，他自己的身体里有，可口可乐里也有。他称它安全、清洁，并形容它是“诞生于宇宙”的基本粒子之一。

地球上的氢和氘大约可以为我们提供1亿年到10亿年的燃料。

柯特利把这一数字作为估算提出。它假设全人类都以今天的用电水平依靠聚变供能。这个范围上下相差十倍，而这部分对话并未说明它是如何计算出来的。

莱克斯·弗里德曼问这些氘主要是以什么形式储存的。柯特利回答说，它主要存在于水中，以混合物的形式存在。普通的水是H2O，含两个氢和一个氧。重水是D2O，含两个氘和一个氧。他说，现实中的水是一种混合物，其中还含有HDO，即含一个氢和一个氘的水分子。他接下来关于其他形态氢的那句话在转录文本中被截断了。

柯特利认为，即使人类使用的能源多得多，供应也依然够用。他说，即便“在人类高得多的输出功率水平下”，也仍然会有“数百万又数百万年的电力”。弗里德曼更进一步，做了推测。在他看来，如果我们真的开始耗尽氢和氦，那就意味着我们的技术正在做着不可思议的事情。他认为，那样的技术很可能让我们向宇宙扩张，并在其他行星上找到燃料，因为许多行星上有水这一点“看起来越来越有可能”。

转录文本将segment-000028归于弗里德曼，但它读起来像是一段解释和一个问题连在了一起。其要点是，化学反应也会改变质量。氢和氧燃烧并结合成水时，总质量会发生变化。每个原子或分子的变化小到极难测量，但它真实存在，它就是释放出的能量，而且可以被量化。原子过程和化学过程中的能量都以电子伏特为单位来衡量。随后弗里德曼核对了两种过程各自的燃料：裂变用铀和钚，聚变用氢的同位素。柯特利确认，这“以今天的功率水平而言是正确的说法”。

弗里德曼问，在聚变中质量是如何转化为能量（E=MC²）的。柯特利先从障碍讲起。原子核带有电荷，同种电荷相互排斥，因此电磁力会把要聚变的原子核推开。为了克服这一点，聚变需要把燃料加热到极高的温度，他称之为“1亿度的温度”。他解释说，温度实际上就是动能，即运动和速度。

在那样的速度下，尽管存在排斥，粒子仍能彼此靠近。一旦它们之间的距离接近原子核本身的尺度，强力就会接管。粒子相互吸引、结合并发生聚变。由此生成的更重原子核，总质量略小于参与反应的原子核，而这部分缺失的质量会按照E=MC²以能量形式释放出来。

聚变很难，裂变很容易

弗里德曼提出，每种反应所需的温度是聚变与裂变的区别之一。柯特利表示同意，并把这一点展开。裂变在室温下就会发生。铀和钚极易分裂，只要加入一个中子，原子核就会碎裂并释放能量。把足够多的这种材料放在一起，就会形成链式反应。柯特利说，聚变“完全”不是这样发生的。哪怕只是一次聚变反应，也需要克服电磁排斥。

柯特利以太阳为例。太阳依靠的是引力约束：燃料自身的质量把燃料拉向太阳中心。这股巨大的力把燃料聚拢在一起，使其靠得足够近、温度足够高、持续时间足够长，从而发生聚变。弗里德曼指出，聚变发电机必须在没有太阳那种巨大引力的情况下实现约束。柯特利表示同意，说太阳比地球大得多，弗里德曼开玩笑地接了一句：“暂时而已。”柯特利的回答是，工程师可以利用一种太阳无法以这种方式施加的力，也就是电磁力。

柯特利打断对话，对一个用词提出异议。历史上，聚变装置一直被称为反应堆（reactor），而他说：“我认为这不对。”他补充说，他的团队在这一术语上很谨慎。为支持这一观点，他念出了美国核管理委员会（NRC）所采用的定义。

核反应堆是指除原子武器以外，设计用于或被用于以自持链式反应维持核裂变的装置。

该定义指的是裂变，而聚变是另一种反应。 该定义指的是自持反应。反应堆在你松手之后仍会继续运行。柯特利说聚变不会这样，“我们之所以知道，是因为我们每天都得去实现它，而这真的很难做到。”

柯特利把聚变与天然气作比较。没有人会说“天然气反应堆”，因为一旦停止添加燃料，它就会熄灭；他说聚变也是如此。这就是他的团队称之为发电机（generator）的原因：燃料进去，电力出来，停止供料，机器就会关停。他还从人们想从聚变中得到什么的角度来阐释这个词。用他的话说，人类想要的并不只是“一组反应，甚至也不是热和能量”，而是电。他的论点依赖于NRC定义中专指裂变的措辞，他也把这表述为团队有意为之的用词选择。

弗里德曼说，柯特利团队采用的“线性设计”的一大好处，是能够直接、尽可能快地产生电力。他说一些替代设计会多出一个中间步骤，并把技术细节留到访谈后面再谈。随后，他请柯特利从宏观层面谈谈聚变作为能源的优势。

柯特利给出了两个优势。第一，他说聚变以带电粒子的形式释放能量，他形容这些能量“已经是电的形式”。第二，这种反应难以维持，因此会自行停止。他认为，这使聚变“从根本上是安全的”，并称这是任何工业系统的关键要求。他用汽车作比：把钥匙一关，你就知道车会停下来。

聚变本身就内含电力，无需大量蒸汽或热力系统方面的配套要求。

在访谈的这一部分，这两项优势都是作为原理陈述的。柯特利没有给出转换效率的数据，也没有给出实验结果。线性设计究竟如何从带电粒子中获取能量，留待后面再谈。

弗里德曼描述了两者的对比：裂变是链式反应，因此难以关停；它的工作方式是把水烧成蒸汽，带动涡轮机旋转发电。柯特利更详细地解释了这一过程。反应堆把足量的易裂变材料（铀或钚）放在一起，使不稳定的原子裂开并释放热量。裂变产生的碎片温度很高，据他说，这些碎片涵盖了各种不同的原子和原子核；裂变还会释放中子。当燃料排布得当时，这些中子会撞击相邻的铀原子核，使其分裂，释放出更多热量和更多中子。

柯特利说，裂变反应堆的设计追求一种平衡：既要产生足够的中子来维持反应，又不能多到让反应加速。燃料通常浸在水中，水充当冷却流体，不过他也指出，一些更先进的反应堆使用其他流体。水既吸收热量，也吸收多余的中子，并驱动蒸汽涡轮机发电。结果就形成了一套靠流动液体来平衡热量的复杂系统。柯特利说，裂变反应堆设计的很大一部分都源于对这种热平衡的管理：维持反应持续进行，防止链式反应失控，以及处理冷却和输出。

弗里德曼随后对这一比较作了限定。他承认聚变要安全得多，因为没有链式反应，可以直接关停。但他说，据他所知，如今的裂变反应堆也非常安全，公众对它们的恐惧与其实际记录并不相符。

如果只是从经验上看统计数据，这种恐惧并没有实际安全数据的支撑。

弗里德曼的安全性问题引出了柯特利关于工程保护措施与操作人员作用的回答，下一节会继续展开。到这里为止，两人都没有提供具体的安全统计数字。

大卫·柯特利从反应物理退后一步，转而谈他认为最重要的东西，也就是发电的电站本身。他以核工程师的身份指出，现代裂变反应堆在工程上就是为安全而设计的。当反应加快、系统升温时，系统被设计为会被动地膨胀并冷却下来，此外还配有保护系统。

问题来自人，问题也来自核电周边的其他事情。