科學(xué)大佬的文藝生活 第0177章 幾乎無解的高能環(huán)境

很多人小時(shí)候都玩過一個(gè)游戲。

過年的時(shí)候?qū)⒈夼邳c(diǎn)燃，然后用一個(gè)盆蓋住鞭炮，但鞭炮炸的情況。

簡(jiǎn)單的說，聚變堆就和這差不多，而第一壁材料，就是那個(gè)盆。

第一壁材料有兩個(gè)核心問題，高能中子輻照和以及高通量氘氚(等離子體轟擊。

在高能中子輻照方面。

目前研究的基本上是最容易實(shí)現(xiàn)的DT聚變：每個(gè)DT聚變都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)14.1MeV的中子。由于中子不帶電，無法用磁場(chǎng)約束，會(huì)直接轟擊到第一壁材料上產(chǎn)生損傷。

每個(gè)DT聚變都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)14.1MeV的中子。由于中子不帶電，無法用磁場(chǎng)約束，會(huì)直接轟擊到第一壁材料上產(chǎn)生損傷。

14.1MeV是個(gè)很大很大的能量，要知道材料中束縛原子的都是各種化學(xué)鍵，其鍵能大約在110eV之間。

也就是說，一個(gè)14.1MeV的中子所攜帶的能量，足以破壞成百上萬個(gè)普通的化學(xué)鍵，這無疑會(huì)對(duì)材料造成難以恢復(fù)的損傷。

在聚變堆李，高能中子就像一顆顆射向材料的子彈，不斷的撞擊金屬原子，打斷其周圍的化學(xué)鍵，迫使原子離開原來的位置，從而破壞整的原子排布。

原子被擊跑了，原來的地方自然就留下一個(gè)空位，一個(gè)個(gè)這樣的坑在材料內(nèi)部積累聚集起來，就變成了大的孔洞。

另外，被擊跑的原子并不會(huì)小時(shí)，而是會(huì)通過各種方式擴(kuò)散到材料表面上去。原子不斷的從中心往表面轉(zhuǎn)移，材料就慢慢的像空心泡沫一樣腫脹起來，這種尺寸的變化對(duì)正常服役的材料是致命的。

除了輻照腫脹，中子輻照在材料中產(chǎn)生大量缺陷也會(huì)影響材料的力學(xué)性能，使得材料變硬、變脆、更容易斷裂，從而影響聚變堆的安全運(yùn)行。

中子還會(huì)和材料進(jìn)行核反應(yīng)，改變材料的元素組成，例如金屬W就會(huì)變成Re、Os、Hf、Ta。

時(shí)間一長(zhǎng)，材料的組成會(huì)變得和開始時(shí)完全不一樣，這對(duì)材料的影響也是非常大的。

中子輻照問題雖然在裂變堆中也有，但裂變堆的中子無論是能量還是通量上都要比聚變堆低很多，因此裂變堆材料的技術(shù)也無法直接移植到聚變堆中。

而在高通量氘氚等離子轟擊方面。

聚變堆對(duì)DT等離子的約束也并不完美，反應(yīng)堆中會(huì)有大量的DT離子轟向第一壁材料。由于T燃料價(jià)格十分的昂貴，上億人民幣一公斤，因此在聚變堆中都是通過中子和鋰反應(yīng)來進(jìn)行循環(huán)利用的。

為了避免T呆在材料中不出來，第一壁采用的是金屬中對(duì)氫親和力最弱的鎢。T進(jìn)入鎢中后難以和材料本身有效結(jié)合，只好重新跑出來，繼續(xù)參與聚變。

雖然鎢本身不和T結(jié)合，但中子輻照會(huì)產(chǎn)生的空洞對(duì)T的吸引力卻非常強(qiáng)，T一旦跑進(jìn)孔洞中去就很難出來了。

這就使得T燃料滯留在材料內(nèi)部，從而破壞上面的T循環(huán)，使得T越用越少。

沒有T了，自然無法進(jìn)行聚變。

此外，作為氣體氫的同位素，DT在進(jìn)入材料孔洞中后會(huì)形成氣體分子。這些氣體分子擠在有限的空間內(nèi)，會(huì)形成十分高的壓強(qiáng)，從而擠出氫氣泡，使材料進(jìn)一步開裂，造成嚴(yán)重的破壞。

裂變堆中基本上沒有DT問題，這個(gè)問題對(duì)于聚變堆材料來說是全新的，目前對(duì)于該問題的研究尚處于研究階段。

就連基礎(chǔ)研究的科學(xué)現(xiàn)象都還沒有得到解釋。

距離研發(fā)出商用聚變堆材料還有很長(zhǎng)的路要走，別問，問就是商用五十年往后。

另外還有其他困難。

聚變堆中的服役環(huán)境是極端嚴(yán)苛的，這意味著做相關(guān)實(shí)驗(yàn)的難度也十分的大。

例如。

研究聚變堆材料，顯然需要進(jìn)行中子輻照實(shí)驗(yàn)，但這個(gè)星球上的中子源是十分稀缺的，做一次中子輻照實(shí)驗(yàn)不僅耗資巨大，還可能耗費(fèi)數(shù)年的時(shí)間來積累足夠的中子損傷。

當(dāng)前文獻(xiàn)中能夠找到的中子輻照數(shù)據(jù)屈指可數(shù)，這對(duì)新材料的研發(fā)顯然是不利的。

現(xiàn)在研究聚變中子輻照，往往采用的是離子輻照來類比，但依然很貴！

而且離子還帶電，在材料中的穿透深度很淺，只集中在材料表面的幾個(gè)微米內(nèi)；而中子往往能夠穿透整個(gè)材料，引起均勻的輻照損傷。

因此，離子輻照的結(jié)果能有多少能用于中子輻照還真不好說。

另一個(gè)研究思路則是利用超級(jí)計(jì)算機(jī)，直接在虛擬世界中模擬中子輻照對(duì)材料的損傷，但也是很多研究所在做的事情。

但這個(gè)思路也面臨著極大的挑戰(zhàn)。

要在計(jì)算機(jī)中構(gòu)建一個(gè)模型，其時(shí)間尺度橫跨飛秒到年，空間尺度從埃米到厘米，中間幾十個(gè)數(shù)量級(jí)的差別猶如天塹。

沒有任何超算能夠精準(zhǔn)的模擬這一過程，現(xiàn)在只有用各種‘真空中的球形雞’來簡(jiǎn)化模型。

“怎么？能不能騰出時(shí)間來？”田教授繼續(xù)鼓動(dòng)慕景池，“你那個(gè)準(zhǔn)點(diǎn)下班回家的習(xí)慣可以改一改，晚回去兩三四個(gè)小時(shí)也沒事。”

慕景池?fù)u搖頭，還是拒絕了。

第一壁材料對(duì)現(xiàn)在的慕景池而言，這幾乎無解。

這種高能環(huán)境下任何材料結(jié)構(gòu)都被打爛了，如果現(xiàn)在的均質(zhì)材料都不行，那基本上沒轍。材料科學(xué)本來就是在材料微觀結(jié)構(gòu)上想辦法，這微觀結(jié)構(gòu)都被打碎了，再牛逼的工藝也不好使啊！

就算慕景池得到未來的相關(guān)知識(shí)，也沒有核聚變商用的相關(guān)信息。

要么是未來也沒有突破核聚變的問題，要么萃取的知識(shí)有局限，并沒有被收錄到核聚變的相關(guān)知識(shí)。

以現(xiàn)在的慕景池來看，這個(gè)問題不是單純的材料能夠解決的。需要材料、數(shù)學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)等等領(lǐng)域的通力合作才能完成的。

不論是托卡馬克，還是仿星堆，亦或者是原理不同的NIF，三阿爾法能源的聚變堆，都不可能繞開這個(gè)第一壁。

“您還是另尋高明吧！”慕景池?fù)u搖頭，“我沒什么時(shí)間和精力，也沒那個(gè)能耐去搞著這第一壁材料研究。”