内容节选

本文是基于《忽左忽右》节目录音的口述稿，原节目标题为“钛星来客：从苏联金星探测器谈冷战中的材料竞技”，本文仅对语法与用词做部分修改。

地狱金星：表面高温高压，一天比一年还长

程衍樑

美苏争霸的时代，人们为什么会关注金星的探测？这个探测器本身又有什么特别的地方？

徐之凯

为什么要做这样一个很特殊的金星探测器？因为金星很特殊。太阳系八大行星，冥王星被开除了，金星是太阳向外的第二颗行星。由于金星亮度比较高，它在夜空中的亮度仅次于月亮，晚上没有云是可以用肉眼看到金星的，所以人们往往赋予它很多浪漫的幻想。希腊、罗马神话里用美神维纳斯来称呼它，中华民族叫太白，所以星宿里面的太白金星就是金星。

程衍樑

还叫长庚。

徐之凯

早晨出现在地平线的叫启明星，傍晚在太阳落下之前就叫长庚，是同一颗星星。我们把金星看的很浪漫，实际上金星的环境是非常恶劣的，有四个极端的地方。一是金星表面是极端高温，平均温度是462℃，是太阳系除了太阳以外最热的一颗行星，甚至比排在它前面的水星还热。金星靠近太阳，有着浓厚的大气层，里面96%是二氧化碳。所以我们如果不管温室气体，让二氧化碳越来越多，地球最后的走向就是金星。它全是温室气体，所以高温可以一直维持。

第二是极端高压，由于浓厚的大气层，金星表面大气压力是地球的92倍。如果我们把探月的火箭打到金星上，让阿姆斯特朗一脚踩到金星上面，他留下的就不是自己的脚印，而是一张压扁的相片。第三就是高酸性，从照片上看，金星有大量的沟壑，说明它存在原始的海洋。但它地表温度462℃，所以水分不断蒸发进入大气层。金星的大气除了二氧化碳，就是大量的硫元素，这些硫跟水蒸气构成了浓厚的云，而且是硫酸云。高空冷却之后，这些硫酸以雨的形式下到地面，等于不停地下硫酸雨。地面又是高温，马上接触到地面再把它蒸发，不断循环。想想这个地方是非常地狱的。

最后，它有一个巨大的时间差。这是从人的主观视角来看的，跟金星的运行方式相关。金星的自转方向和太阳系绝大多数行星不一样，它是反向转的。按地球时间算，金星自转一周是243个地球天，在主要的太阳系行星中自转最慢。而它绕太阳一周的时间只有224天，换句话讲，金星上是真正的度日如年，上面的一天比一年还要长。

最要命的是，金星一直被高反射、不透明的硫酸云层覆盖，所以地表看不见太空可见光，一直在高温中，又没有昼夜季节这种基于温差的区别。所以人类如果未来登陆金星，安全问题且不谈，根本没有办法建立一个时间的参照体系。习惯于使用地球时间，使用天、周、月体系的我们是很难适应在金星上生活的。正是基于这种极端的环境，迫使金星探测器不得不使用新材料来制造。

宇宙482号探测器的外壳是一个直径一米左右的钛合金球体，它在53年的时间里经历了2.7万次温度的巨变，428次微陨石撞击，表面的氧化厚度比预期就薄了40%，没消耗掉多少。5月10日它砸下来的时候，速度是242公里每小时，但找到它的时候，仍然是扛住了表面温度1000℃的高温进入地球。

这也让我们回想到了当年美苏冷战时期的太空竞赛。1961年到1984年期间，在28次针对金星的发射当中，有十次成功，创下了人类首次在金星软着陆、首次传回外星地表照片的记录。它的姊妹星叫金星8号，成功发射到了金星上，扛了11秒把数据传回到地球之后才被毁掉。

从追赶到超越：中国钍基熔盐堆技术发展史

李云逸

在60年代中期，中国搞小三线，又称为上海的后方基地。1966年，聂荣臻副总理到上海视察，明确指出上海要自己搞核动力发电。当时上海有一个122规划小组，或者称为“122工程”，提出“一堆多用”的原则，就是在小三线搞战备发电，在皖南黄山与天目山一带做战备工作，包括建兵工厂、研究所和实验工厂。为了保证用电，就要用核动力反应堆发电。

中国最早的核潜艇091用的就是压水堆。当时上海想，是不是能在小三线做一个压水堆？又可以做核能发电，同时研究船用核动力，就以这样一个方案报上去。报上去之后，也是因为材料问题，当时二机部批示说，因为上海完全是用浓缩铀材料，成本非常高，当时还要给核潜艇来供应相关材料，很难顾及上海，因为上海当时还不具备制造浓缩铀燃料的能力，因此这样一个方案就被废弃了。废弃之后，上海一直还在思考如何在核反应堆上创新，后来就提出来“728工程”。

程衍樑

秦山核电站就跟这个工程直接相关。

李云逸

对，但它在之前也有一个核材料的探索阶段。1970年正式提出“728工程”的时候，正好是上海小三线的第一建设时期，就是1965年到1971年。考虑到“122工程”为什么被否定，就是因为浓缩铀很难由国家统一获得，因此上海重新要考虑，再做核电站要使用什么样的堆型和材料。

结合当时三线建设战备的需要，就提出来，首先要工艺相对简单，经费要少，建设时间要快，如果战争爆发，堆能比较容易停下来；谈到核材料、燃料原件的问题，浓缩铀供应紧缺，而且不易用于发电，因此只能另辟蹊径。当时深度参与的上海交通大学就提出，我们不能采用苏式堆，就是重水堆、压水堆、高温气冷堆这些，苏联人搞过的东西我们不能搞，得搞一个苏联人没有搞过的。

综合之后，就提出钍基熔盐堆。首先这种熔盐堆运行压力较低，不需要像压水堆一样造大型的压力壳或者压力容器，降低了制造难度。第二，它还可以使用不同的核材料作为燃料，既可以是固体燃料棒，又可以是把核材料溶于冷却剂当中，简化了反应堆结构。当时上海觉得，这会进一步降低制造难度，同时也易于燃料的后处理。第三，熔盐堆可以作为增殖堆，可以自己再产生核材料，而且不需要进行场外的处理。

当时上海选择它非常有前瞻性，因为当时成功的只有美国橡树岭国家实验室，在1954年做了第一个熔盐堆实验装置，其实是为B-36轰炸机搞的熔盐堆，大概是2.5万千瓦的功率，虽然最后装到B-36上面，但没有启动。当时上海的“728工程”就对标这个，开始了紧锣密鼓的探索。

但非常可惜，当时中国很难在材料上取得比较大的突破，几个问题都是材料问题。首先在高温强辐照下，需要一种或几种耐强腐蚀剂的材料，当时中国没有办法过关。而且这种材料是运用在关键设备，比如说熔盐泵，这种工艺一直没有办法得到突破。第二，在冷却剂材料的选择上，进行了多种实验，发现当时中国能使用的材料和熔盐的材料是不相容的，需要再重新研制一种复合材料，短期内又没有办法解决。而且当时一直在试验硝酸盐，结果非常悲观，它跟核燃料的相容性非常不好，会起非常严重的化学反应。

程衍樑

钍基核反应堆跟铀元素、钚元素有什么区别？

李云逸

它其实也是一种核材料的元素，就把它作为一种核材料，同时又作为一种冷却剂，变成一种熔盐来进行热交换，然后来产生核反应。后面上海发现，这几种材料都没有办法突破，还包括其他一些问题，它的毒性非常高，需要远程操作，当时也没有办法解决。那么，“728工程”就不得不重新考虑堆型，经过了大概一两年的验证后，熔盐堆方案就下马了，换成了现在秦山的压水堆做核能发电。但上海一直有做钍基熔盐堆的梦想，毕竟当时已经把冷态的零功率堆做出来了。

徐之凯

关键的已经解决了。

李云逸

所以后来上海在2009年重新提出来，我们要搞钍基熔盐堆，但跟当时的路线已经不一样，另起炉灶，目标是一个两兆瓦的热功率钍基熔盐堆。钍基熔盐堆有两种形态，一个是液态燃料的熔盐堆，就是使用熔盐作为燃料和冷却剂；还有一种就是固态的熔盐堆，就是使用固态燃料。

2011年启动的时候，固态方案没有再往下做，就变成了一个电加热模拟的设施，把它作为一个试验放在那里。继续往下做的是液态的钍基熔岩堆，2022年基本上获得了装料许可，主要使用的燃料是低浓铀的氟化物熔盐，石墨作为慢化剂。2023年10月11号正式临界，在2024年6月达到满功率运行。中国就成为了世界上第一个，而且是独一无二拥有钍基熔盐堆的国家。

人造太阳「托卡马克装置」的国际化之旅

李云逸

从70年代开始，法国原子能委员会就一直在探索如何实现核聚变的发展，能产生非常高的等离子体反应，同时不再依赖裂变材料，起到一个更加清洁的能源效果。80年代中后期，他们投入了超导托卡马克装置项目，主要特点就是开创性地使用了超导材料，形成了一个环形磁铁，能够产生永久的环形磁场。因为它的直径非常大，装置最大半径大概是2.25米，最小半径0.7米，所以被誉为当时世界上最大的托卡马克装置之一。

造完之后，进行了大概2万多次的等离子体放电实验，2023年创下了6分30秒等离子持续时间的世界纪录，在当时是受控核聚变研究的重大突破，外号叫“人造小太阳”，从另一角度看就是一个太阳炉。我们把太阳进行的物理和化学反应，在一个人类可控范围内（模拟），为能源和温度的提高提供重要的基础，其实就是可控核聚变。不可控核聚变就是氢弹，它用原子弹点火。

现在法国就在做一个非常国际化的项目，ITER（国际热核聚变实验堆计划），就是希望瞬间能够实现1亿摄氏度的冲击，把它作为人类历史上第一座商业化运行的托卡马克装置，进行相关的工作和研究。

它其实也是一个冷战的产物，当时所有国家都希望结束或者退出冷战。戈尔巴乔夫进行了一个跟西方的缓和外交，在1985年访问法国，跟密特朗讨论如何进一步拓展法国跟苏联的科技合作，提出能否做一个非常大的托卡马克装置。当时苏联跟美国也在搞，也希望突破有更高的温度、更长的等离子体持续时间。但问题就在于，1979年苏联入侵阿富汗，很多美国跟苏联之间的科技合作就暂停了。1985年戈尔巴乔夫就有一种破冰的意味，他的一个顾问就提出，可以跟法国谈，大家可以一块做这样一个研究。

到1985年11月，包括美国、苏联、法国在内的几个国家开会，最终达成协议，诞生了ITER这样一个项目。通过非常多的政治、经济考量，2005年这个项目最终落定在法国卡德拉舍 ，是原子能委员会下属一个中心的所在位置，同时它也是法国探索不同新能源的一个最主要的研究基地。

本期嘉宾

程衍樑，《忽左忽右》主播

徐之凯，上海大学文学院历史学系教授。主要研究领域：世界大战史、欧洲当代史、法德关系史。

李云逸，中国科学院自然科学史研究所副研究员。主要研究方向：世界科学技术史、法国科学技术史与中法关系史。