把增殖核反應堆當玩具,17歲核天才的瘋魔人生!


把增殖核反應堆當玩具,17歲核天才的瘋魔人生!

泰勒·威爾遜(Taylor Ramon Wilson)是目前世界上最年輕的核物理愛好者和研究者。1994年出生的泰勒,在2008年也就是剛剛14歲的時候,就在父親的幫助下自己動手搭建了慣性靜電約束裝置。

這一成就讓他成為全球第32位完成氘離子核聚變的個人,也是其中最年輕的一個。(該記錄2014年被英國一位13歲少年打破)

泰勒年少成名,並且不斷進取。17歲為了支持反恐事業發明了造價低廉的新型輻射探測器;19歲為了拯救能源危機,設計出了小型地下核裂變熔鹽反應堆。

把增殖核反應堆當玩具,17歲核天才的瘋魔人生!

泰勒·威爾遜在 TED 演講中

在接受採訪時,他經常被問到一個問題:在還是一個兒童的時候是如何對核反應這些高深知識產生興趣的?

泰勒會告訴你,他在11歲閱讀到了一本叫做《放射童子軍》的書,書中介紹了一位試圖在家中製造反應堆的少年,泰勒覺得自己或許能夠做的更好。

書裡的那個少年叫做大衛。

化學魔童

大衛·哈恩(David Charles Hahn),1976年出生於美國密歇根州。

把增殖核反應堆當玩具,17歲核天才的瘋魔人生!

少年大衛·哈恩

大衛比大多數男孩子還要早地暴露出他對科學的興趣,同時被證明的還有他做實驗的巨大膽量。在6歲時,大衛因為一些古怪的“科學實驗”和表現出來的破壞力,在當地已經有了不小的“名氣”。

大衛的父母不久後離異,這並沒有給他帶來什麼困擾。相反,父母親對他鬆散的管教給了他更富裕和自由的時間來學習和探索。

他在平日裡跟父親一起生活,到週末和假期就會住到母親和她男朋友的家裡。頻繁的更換生活環境,再加上沉迷於自己的興趣,大衛幾乎沒有朋友,在家人眼中看起來就是一個孤獨的孩子。

於是在10歲那一年的假期,他的祖父送給他一本書,期望能幫助他打發這些“孤獨又無聊”的時間。

這本書叫做《化學實驗金書》,封面上一行黃底黑字寫著:教你如何搭建一個家庭實驗室——超過200個簡單的實驗。

把增殖核反應堆當玩具,17歲核天才的瘋魔人生!

《化學實驗金書》

“化學簡直太神奇了!” 這本書把大衛內心對科學的渴望炸出了一道裂口,洪水從此處傾瀉,一發不可收。

他根據書上的指導,開始做一些化學實驗,並且打算收集元素週期表上的每一個元素樣本。當然,也包括那些放射性元素。為了購買實驗需要的器材和試劑原料,他開始送報紙,到餐館工作,通過打一些零工來掙取報酬。

這段時期,這個十幾歲小男孩的所有空閒時間都是在打工掙錢和做實驗中度過的。他在父親家的臥室裡搭建了一個實驗室,一頭紮在裡面,做一些危險又刺激的實驗。

他的父親經常因為一些諸如爆炸和化學品洩漏之類的事情受到驚嚇,但好在從未產生過較大損失。大衛14歲的一天,他成功地製造出了硝酸甘油,一種受到震動即可引發爆炸的危險物品。父親瞬間慫了,把他的實驗室搬到了地下室中。

但好景不長,大衛在一次試驗中,一次性將大量的紅磷放在玻璃容器內,並且劇烈震盪,結果發生了十分劇烈的爆炸。等他父親趕到之後,發現他已經被爆炸直接震暈,手臂上嚴重外傷,眼睛中還被炸進了碎玻璃。這起嚴重的事故,不僅破壞了部分房屋,還讓他的父親從此嚴禁他在家中進行化學實驗。

放射童子軍

十來歲的時候,大衛加入了美國童子軍(The Boy Scouts of America,簡稱BSA)。BSA 是美國最大的青少年團體,幫助青少年通過探索和學習增強自身各方面素質,以達到為美國社會培養優秀公民的目的。

阿波羅計劃中登上月球的12名宇航員,就有11名曾是 BSA 的成員,說明了這個組織挖掘和培養優秀人才的能力。

把增殖核反應堆當玩具,17歲核天才的瘋魔人生!

美國童子軍(BSA)的制服、徽標

為了表彰孩子們的每一次進步,BSA 有著十分豐富的個人嘉獎和等級晉升制度,而最高級別的獎勵叫做“雄鷹獎章”(“Eagle Scout”)。數百萬的青少年為了這項榮譽在各個領域努力拼搏,想要做出一些傑出貢獻來換得獎章。

大衛也不例外,他一直夢想能夠通過自己的化學才能來得到這塊“雄鷹獎章”。直到16歲,他通過閱讀,瞭解到了增殖反應堆這種東西,他覺得機會來了。

“如果我可以靠化學知識提取出原料,搭建出一個增殖反應堆,那可就太牛了。拿到雄鷹徽章根本不算什麼難事!”

這時候問題就出現了,他以往的“研究”只停留在化學反應層面,增殖反應堆中的核反應原理對他來說“超綱”了。因為這已經觸碰到了元素的內在,屬於比化學還要基礎的物理學科的一個分支——原子核物理學。

一直以來都是依靠課外閱讀的他該如何獲取這些知識呢?前文說過,大衛從小就膽子很大,這次也絕對沒有認慫的道理:“這東西估計也沒人能教,看來必須得向專業機構取取經。”

他寫信給美國能源部、美國核學會、核管理委員會、愛迪生電氣研究所這些大型專業機構。信中自稱是來自某大學的物理老師“哈恩教授”,正在做有關增殖反應堆的一些研究,但是遇到一些問題懇請專家們提供一下技術指導。

儘管這些信件中字跡潦草,甚至還有拼寫錯誤,但他最終還是得逞了。他從各大機構的回信中瞭解到了建造增殖反應堆各種組件的技術知識。

把增殖核反應堆當玩具,17歲核天才的瘋魔人生!

俄羅斯 BN-800 增殖反應堆(2016年投入運營)

增殖反應堆是一種使用較少核燃料作為驅動,將無法形成鏈式反應的其他元素同位素轉化,從而生產更多核燃料的裝置。

常用的可發生鏈式反應的核燃料有鈾235、鈾233、鈈239。遺憾的是,天然存在的鈾233和鈈239的數量真是微乎其微,僅為痕量。而鈾235的數量雖然相對比較可觀,但也相當稀少,只佔鈾元素存量的0.7%不到,其餘絕大部分都是以鈾238(也就是俗稱的“貧鈾”)的形式存在。

鈾238在快中子的轟擊下也能發生核裂變反應,但是反應產物中只有慢中子,慢中子無法激發鈾238的裂變,所以無法將反應連鎖傳遞下去。關於鈾238,有這樣一個比喻:它就像潮溼的木頭,你可以點燃它,但它最後還是會熄滅。

但是鈾238在吸收慢中子之後,會生成鈾239,經過一次 β 衰變(鈾239半衰期23.5分鐘)得到鎿239,再經過一次 β 衰變(鎿239半衰期2.35天)就能得到鈈239。而鈈239不正是能夠產生鏈式反應的核燃料麼?

增殖反應堆就是利用鈾235的鏈式反應製造無數慢中子,來轟擊包裹在外層的鈾238來製造鈈239。

大衛甚至通過郵件與捷克斯洛伐克工業公司套瓷,並且從他們手中得到一塊鈾礦石樣本,但他沒有條件也不知道如何從中提煉並濃縮分離出鈾的同位素。而且就算真的成功了,鈈239可怕的放射性需要三米厚的水泥牆才能擋住,這對在家中進行實驗的他來說也太過危險了。

大衛不得不退而求其次,將目標從危險的鈈239,換成了鈾233。

“管它什麼增殖反應堆呢,只要能夠通過核反應的方法制造出核燃料就成了,哪怕僅有幾個原子核發生了轉化,就證明我成功了”,他心想。

鈾233也可以由慢中子轟擊釷232(自然界中穩定存在)來製備,過程與製備鈈239十分類似。

把增殖核反應堆當玩具,17歲核天才的瘋魔人生!

釷232到鈾233的轉化過程

所以接下來的任務就是如何獲取釷作為靶心,而且他需要製作出一箇中子源。

有了前期騙取鈾礦石的經驗,他這次玩兒得更溜了。大衛繼續使用“哈恩教授”的身份,從生產廠家手中低價收購了大約200個有瑕疵和報廢的電離型煙霧報警器。

這種報警器內部的電離室中含有少量的鎇,鎇元素衰變時會放射出 α 粒子,用 α 粒子轟擊鋁原子即可產生中子。

但200個煙霧報警器也僅僅提取出來幾毫克鎇而已,也許是對這個劑量不太放心,大衛又買了一些老式的夜光鐘錶。這些鐘錶的夜光錶盤中含有一些鐳元素,鐳在衰變時也能放射出 α 粒子。

等到鐳也提取完畢,大衛把鐳和鎇一股腦混在一起,用鋁箔小心翼翼地包裹住。再放進鑽了一個小孔的鉛塊內,讓產生的中子只能從小孔中聚成一束射出,形成具有指向性的中子流。

中子源做出來了!

大衛還購買了大量的汽燈紗罩(此物應用年代較為久遠,我國多在舊時公社組織學習和搭戲臺時照明使用,相當於煤油蒸汽噴燈的燈芯),老式紗罩的製作工藝中極為重要的一個生產步驟就是使用硝酸釷溶液浸泡,所以紗罩燃燒後的灰燼就能提純出釷。

沒想到,靶心材料來得這麼輕鬆,但也花費了他大約1000美元購買一堆鋰電池來獲取提純過程中所需要的鋰元素。對一個孩子來說,這些費用也夠他積攢許久。

不管怎樣,一切準備就緒。但大衛的父親已經對他下了禁令,實驗去哪兒做呢?

“有了!我媽跟她男朋友反正不管我,等到週末,就去她的盆栽大棚里弄吧!”

把增殖核反應堆當玩具,17歲核天才的瘋魔人生!

大衛·哈恩在母親家的盆栽棚

大衛努力按捺住心中的激動之情,週末終於到了。中子槍被架設好,對準釷製成的靶心。

實驗,開始了!

人生衰變

因為所有器材與原料都是自制,精度與純度都不能與專業機構相提並論。而且核反應生產釷的過程需要等待衰變過渡,大衛不能馬上得知自己是否獲得成功。

其後的時間,大衛每天都嚴格地測量“反應堆”的放射水平,期望用蓋革計數器捕捉到 β 粒子,來證明釷232已經俘獲了中子並正在發生 β 衰變朝著鈾233轉化。

不久之後,好消息出現了,計數器的讀數一直在增加,他的實驗似乎成功了。與此同時還有一條壞消息,讀數增加過快,這意味著,核反應將對實驗室周邊環境產生十分嚴重的放射性汙染。

大衛嘗試插入鈷鑽頭去吸收一些中子來降低反應速率,但卻失敗了。他害怕到冷汗直流:“不能再繼續下去了。既然實驗已經成功,可以終止了,要不遲早會出事!”

所以大衛在深夜裡動手拆除了實驗裝置,並把這些放射性的材料搬運到他的龐蒂亞克汽車上準備偷偷運走。

誰知偶然看到的鄰居誤以為他在偷汽車輪胎,果斷報了警。警察趕到後,立即搜查了他的汽車。輪胎倒是沒搜到,但卻發現了一個被膠帶纏得嚴嚴實實的掛鎖金屬箱子,然後便被這小夥子滿臉真誠的一句話嚇住了。

“Sir,你們要小心一點,這裡面有很強的放射材料,你們最好別碰。”

金屬箱連車一起被拖到警局之後,警方測出汽車周圍的輻射強度居然達到背景輻射的1000倍。警察嚇尿了,他們認為車裡可能裝了個原子彈。

事情通過一級一級上報,聯邦核洩露應急響應機制被觸發,事情驚動了聯邦調查局、核管理委員會、環保署在內的一系列職能部門。

大衛那些心愛的實驗器材和原料,包括他母親家的盆栽棚都被拆除和清理。最後一起被拉到猶他州大鹽湖沙漠中的放射性物質處理場,深埋進地下。

把增殖核反應堆當玩具,17歲核天才的瘋魔人生!

相關部門對盆栽棚進行清理

這次的意外,對一個17歲少年來說是個沉重的打擊,大衛感到十分沮喪,但沒有人對他進行一些善意的引導。再加上1996年初他的母親自殺了,摯愛的女友也與他分手,大衛的精神健康開始出現一些問題。

高中畢業後,大衛參加了海軍,並且登上了核動力航空母艦 USS Enterprise(CVN-65),但他始終沒有獲得機會加入核技術研究部門,三年後他因為精神疾病而退伍。

2007年4月,有人向聯邦調查局舉報大衛在家中再次搭建了小型核反應堆,但他在電話調查和當面談話的過程中裝傻,勉強矇混過關。當年8月,他又因為涉嫌偷盜公寓大廳的煙霧報警器被捕入獄。被捕時,他滿臉瘡痍,身體極有可能已經遭受了過量輻射。

把增殖核反應堆當玩具,17歲核天才的瘋魔人生!

大衛·哈恩可能受到了過量輻射而滿臉瘡痍

2016年9月27日,大衛·哈恩在他的家鄉意外去世,死因是酒精、苯海拉明和芬太尼幾種藥物的綜合反應中毒,享年39歲。

抱著探究的心態,氪奇(keecci)試著查閱一些資料,這兩種藥物對一些皮膚炎症和疼痛有治療效果,大衛服藥可能只是為了治好自己臉上的輻射症狀。

天才的營養土

大衛·哈恩這一生中最高光的時刻,莫過於在母親的盆栽棚裡將中子槍對準核反應靶心的那一瞬間。最終的結局並不能用來評價他是否活得有意義,他的夢想在那一瞬間已然實現。

但可悲的是,“便縱有千種風情,更與何人說?”

他的一生都是孤獨的,一個人打零工,一個人買材料,一個做實驗,一個人成功,一個人失敗,最後一個人死去。

如果大衛擁有泰勒一樣幸福完整的家庭,擁有父母的支持鼓勵,擁有知心的研究夥伴,或許不會走到最終的絕路。同樣是天才的種子,在不一樣的土壤中,開出了兩個世界的花。

希望這個世界上所有有天賦的孩子,都能找到自己的“營養土”。

相關推薦

推薦中...