2023年春節(jié)，中國自主拍攝的科幻巨制《流浪地球2》引爆了全國各大影院，把中國科幻電影提升到了世界級(jí)的水平?！读骼说厍?》無論在視聽、特效和敘事技巧上都不輸任何一部國外科幻大片。而這部電影之所以獲得成功，是將絢爛的特效建立在開放的科學(xué)思考之上，使其看起來有真實(shí)性和說服力。
整部電影對(duì)于天文、地理、物理、機(jī)械等方面都有著豐富的表現(xiàn)，讓觀眾不自覺地產(chǎn)生一種真實(shí)感和代入感。而電影中的核心科技，就是高速發(fā)展后的未來核工業(yè)，以至于不經(jīng)讓人聯(lián)想，如果人類真的失去太陽，地球真的需要流浪，核工業(yè)就是保持人類文明的基石。
(資料圖片)
那么電影中涉及到核科學(xué)的內(nèi)容有哪些呢?
伴隨氦閃的太陽膨脹
《流浪地球2》提出了太陽氦閃的概念，正是為了躲避氦閃，人類才不得不讓地球離開太陽系，為此建造了大量的行星發(fā)動(dòng)機(jī)，開啟了流浪旅程。所謂氦閃，是指中等質(zhì)量恒星的核心表面堆積的氦突然開始的核聚變反應(yīng)。
其實(shí)，太陽里是存在一個(gè)自發(fā)的負(fù)反饋機(jī)制的，核聚變需要非常高的溫度和壓強(qiáng)才能發(fā)生，而太陽核心一直具備氫聚變的條件，在負(fù)反饋機(jī)制的限制下，可以讓太陽物質(zhì)的萬有引力與氫聚變的能量釋放剛好達(dá)到平衡，這就促使太陽在幾十億年來一直相對(duì)穩(wěn)定。但是氦聚變沒有這樣的負(fù)反饋機(jī)制，當(dāng)氦在太陽引力的作用下向內(nèi)收縮時(shí)，溫度升高，但壓強(qiáng)不變，直到溫度高達(dá)一億度，氦被點(diǎn)燃，聚變放出的能量讓溫度升得更高，讓更多的氦聚變。也就是說，氦聚變只有正反饋，沒有負(fù)反饋，最終會(huì)造成一場(chǎng)失控的爆炸，這就是氦閃。
在以秒計(jì)的時(shí)間里，太陽核心的氦劇烈燃燒，產(chǎn)生的能量比平時(shí)高千億倍，同時(shí)耗盡了太陽核心中的氫，并持續(xù)升高核心溫度，導(dǎo)致核心邊緣一層本來不能聚變的氫也開始發(fā)生聚變，讓太陽急劇膨脹，甚至徹底占據(jù)了地球軌道。從居安思危的角度來看，這在很久以后的未來是有可能發(fā)生的，或許是幾十億年以后。雖然現(xiàn)在不用擔(dān)心這個(gè)問題，但作為科幻電影，能夠復(fù)現(xiàn)或者預(yù)測(cè)這個(gè)場(chǎng)景，也的確會(huì)帶來更多對(duì)未來危機(jī)的思考。
重核聚變行星發(fā)動(dòng)機(jī)
《流浪地球2》中，人類計(jì)劃給地球安裝上萬座巨大的行星發(fā)動(dòng)機(jī)，推動(dòng)地球離開太陽系，這些發(fā)動(dòng)機(jī)就是重核聚變行星發(fā)動(dòng)機(jī)?？煽睾司圩儾⒎瞧嫠济钕?，它正是目前世界最前沿的重大核科學(xué)研究，也是各國都在深入研究的大科學(xué)工程。影片中最引人注目的重核聚變行星發(fā)動(dòng)機(jī)，全球布置上萬臺(tái)，每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的高度比珠峰朗瑪峰還高2.2公里，單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)能提供150億噸的推力。
理論上來說，就算有這樣的推力，也不足以推動(dòng)地球離開既定軌道，但是作為科幻電影，倒是提出了新的假想，并且把聚變能量的作用直觀的展現(xiàn)出來，不得不說這也是一件了不起的事情。
電影中呈現(xiàn)的重核聚變，是將石頭中所包含的重元素進(jìn)行核聚變反應(yīng)，也就是所謂的“燒石頭”，理論上的確有可行性，但是實(shí)際利用起來，以現(xiàn)在的技術(shù)手段是不可能的。
重核聚變是采用硅等元素作為聚變?cè)希紫纫朔雍酥g的靜電斥力，眾所周知，越重的原子核所帶電荷越多，越難以產(chǎn)生聚變。因此各國重點(diǎn)研究的可控核聚變均采用輕核聚變，即用氫的兩個(gè)同位素——氘和氚來進(jìn)行研究。
國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)項(xiàng)目就是正在通過模擬太陽的核聚變反應(yīng)，產(chǎn)生能量并實(shí)現(xiàn)可控利用。由中核集團(tuán)牽頭研發(fā)的中國新一代“人造太陽”裝置(HL-2M)在2022年實(shí)現(xiàn)等離子體電流突破100萬安培(1兆安)，創(chuàng)造了中國可控核聚變裝置運(yùn)行新紀(jì)錄，標(biāo)志著我國核聚變研發(fā)距離聚變點(diǎn)火邁進(jìn)重要一步，躋身國際第一方陣。因此，電影中展現(xiàn)中國牽頭的行星發(fā)動(dòng)機(jī)項(xiàng)目，正是建立在中國具有世界領(lǐng)先的核聚變實(shí)力基礎(chǔ)之上，才顯得真實(shí)可信。
核彈引發(fā)月核聚變
《流浪地球2》中有一個(gè)重大工程，也是全片最燃、最具有淚點(diǎn)的片段，就是利用地球上的核彈引發(fā)月核聚變，炸毀月亮，讓地球脫離地月相撞的危險(xiǎn)。這個(gè)腦洞開得可謂碩大無朋，令人佩服導(dǎo)演的想象力。
電影中的做法是把地球上所有的核彈布置在月球上一座巨大的環(huán)形山中組成相控陣，通過精確引爆核彈陣列，引發(fā)月球核心的聚變，繼而炸毀月球。說白了，這些核彈起到了“引信”的作用，即用核彈來充當(dāng)引信，核爆產(chǎn)生沖擊波，對(duì)月球中心點(diǎn)進(jìn)行瞬間壓縮，引發(fā)月球氘氚的聚變，從而炸毀月球。
不過實(shí)際上，僅靠3000多枚核彈是做不到這點(diǎn)的，因?yàn)樵潞说闹饕煞质氰F56。這個(gè)元素結(jié)構(gòu)比任何其它原子核都要穩(wěn)定，鐵56再向上聚變不會(huì)再釋放能量，而是需要吸收能量。也就是說，如果鐵56真的發(fā)生了聚變，這種聚變也是吸能反應(yīng)，不會(huì)產(chǎn)生猛烈的爆炸，核爆沖擊波的能量會(huì)被直接吸收。
電影之所以有這個(gè)設(shè)定，可能是想表現(xiàn)月表有豐富的氦3元素，而氦3的確是核聚變的重要原料。這就又引出了另一種思考問題的方式，即如果能夠獲取月球的氦3資源，用氦3與氫的同位素進(jìn)行核聚變，就不會(huì)產(chǎn)生任何核輻射，而且還能釋放出更多的能量。
巧合的是，2022年，中核集團(tuán)的科研工作者首次成功獲得嫦娥五號(hào)月壤中未來聚變能源資源——氦3含量及提取參數(shù)條件，為我國月球資源評(píng)價(jià)和開發(fā)提供了基礎(chǔ)科學(xué)數(shù)據(jù)。那么在不遠(yuǎn)的將來，或許我們可以率先獲得月球的重要資源，在可控核聚變的應(yīng)用中率先邁步重要步伐，而不用考慮炸毀月球。
總而言之，《流浪地球2》向廣大觀眾傳遞了一個(gè)重要的信息——核能作為人類高階能源和未來更匹配。在科幻世界中，核能是人類馳騁宇宙、穿越黑洞、空間跳躍等等高難度動(dòng)作能源領(lǐng)域絕對(duì)的主力。在現(xiàn)實(shí)世界中，核能也當(dāng)之無愧是最穩(wěn)定、最強(qiáng)力的能源?？苹玫幕A(chǔ)是現(xiàn)實(shí)，我國早在1983年便提出了“熱中子反應(yīng)堆——快中子增殖堆——受控核聚變堆”的核能三步走發(fā)展戰(zhàn)略。在熱堆領(lǐng)域，我國自主研發(fā)的三代核電技術(shù)華龍一號(hào)示范工程正在按計(jì)劃節(jié)點(diǎn)有序開展;在快堆領(lǐng)域，中核集團(tuán)在福建省霞浦縣的示范快堆工程穩(wěn)步推進(jìn);在聚變堆領(lǐng)域，中核集團(tuán)的中國環(huán)流器二號(hào)A(HL—2A)裝置正在承擔(dān)國際熱核聚變實(shí)驗(yàn)堆(ITER)計(jì)劃相關(guān)的前沿物理問題與關(guān)鍵技術(shù)的科研任務(wù)，并實(shí)現(xiàn)了多個(gè)突破。
綜上所述，中核集團(tuán)以“強(qiáng)核強(qiáng)國、造福人類”為己任，大力傳承弘揚(yáng)“兩彈一星”精神和“四個(gè)一切”核工業(yè)精神，踐行“強(qiáng)核報(bào)國、創(chuàng)新奉獻(xiàn)”的新時(shí)代核工業(yè)精神，立足新發(fā)展階段、貫徹新發(fā)展理念、構(gòu)建新發(fā)展格局，以核工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展為根本路徑，堅(jiān)持科技自立自強(qiáng)，矢志攻堅(jiān)鑄大國重器，不僅為中國科幻領(lǐng)域提供了的創(chuàng)作靈感，更是為筑牢國家安全戰(zhàn)略基石，加快建設(shè)核工業(yè)強(qiáng)國的貢獻(xiàn)了中核力量。
