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學(xué)霸的科幻世界 第二百五十一章 可控核聚變

作者/幸運(yùn)的球球 看小說(shuō)文學(xué)作品上精彩東方文學(xué) http://www.nuodawy.com ,就這么定了!
    龐學(xué)林笑著搖了搖頭,他倒沒(méi)有找貝克聊聊的想法。

    現(xiàn)階段的物理學(xué)研究,只能是空中樓閣,沒(méi)有實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,再大的腦洞也沒(méi)有什么意義。

    而且這些論文中,他并沒(méi)有找到幾個(gè)在實(shí)驗(yàn)上可以躲避智子干擾的新理論,更不用說(shuō)屏蔽智子干擾的辦法了。

    不過(guò)龐學(xué)林也很清楚,這種事不急不得。

    按照他的計(jì)劃,在公布黑暗森林法則前,能找到智子屏蔽的辦法最好,找不到的話,只要自己的計(jì)劃能夠順利執(zhí)行,對(duì)人類未來(lái)的發(fā)展整體影響也不大。

    花了將近半個(gè)月的時(shí)間,龐學(xué)林對(duì)這五年的科技進(jìn)展有了大概的了解。

    總的來(lái)說(shuō),航天方面進(jìn)展迅速,但基本上都是堆砌資源產(chǎn)生的成果。

    人類的航天活動(dòng)依舊無(wú)法擺脫化學(xué)火箭動(dòng)力,而且在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái),也沒(méi)看到取代化學(xué)火箭動(dòng)力的其他辦法。

    其他領(lǐng)域,集成電路晶體管密度比五年前翻了兩番,但已經(jīng)接近摩爾定律極限。

    而且因?yàn)橹亲臃怄i的關(guān)系,量子計(jì)算機(jī)什么別想了,目前科學(xué)家正在考慮用碳基芯片取代原來(lái)的硅基芯片。

    生物醫(yī)藥、新能源、現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)技術(shù)等領(lǐng)域,甚至有了倒退的跡象。

    特別是新能源,更是遭受了毀滅性的打擊。

    目前各國(guó)已經(jīng)普遍不再考慮氣候變化、全球變暖等問(wèn)題,對(duì)環(huán)境污染也開(kāi)始睜一只眼閉一只眼,那些價(jià)格昂貴的太陽(yáng)能、風(fēng)能不再受各國(guó)政府的青睞,低成本的火力發(fā)電站以及核電站成了電力來(lái)源的首選。

    那些原本發(fā)展良好的太陽(yáng)能、風(fēng)能等企業(yè),這些年都相繼倒閉,只有寥寥幾家還在堅(jiān)持,但也支撐不了多久了。

    農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,這幾年氣候異常有開(kāi)始加劇的跡象,但還沒(méi)有對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成特別大的影響。

    龐學(xué)林估計(jì),這種影響至少要到二十年甚至三十年后才會(huì)很明顯地展現(xiàn)出來(lái)。

    這天,龐學(xué)林將一份名單交給了程心,說(shuō)道:“通知名單上的人,三天后在星環(huán)高等研究院開(kāi)會(huì),有些在外地出差的,讓他們?nèi)旌蟊仨氌s回來(lái)!”

    程心微微一愣,掃了眼名單上的名字,點(diǎn)了點(diǎn)頭道:“好,我馬上通知。”

    龐學(xué)林要程心通知的,都是星環(huán)高等研究院近幾年被坎特招攬過(guò)來(lái)的核物理以及材料領(lǐng)域的專家。

    這五年,國(guó)際上核聚變方面的研究主要集中在以ITER為主的多國(guó)合作上,相比于三體危機(jī)前多邊合作的工程扯皮,如今ITER的效率已經(jīng)高了好幾倍,但是各國(guó)對(duì)ITER的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)也增加了很多。

    這也導(dǎo)致即使五年的時(shí)間過(guò)去了,ITER的進(jìn)展依舊不盡如人意。

    龐學(xué)林準(zhǔn)備另起爐灶,在星環(huán)城建立一個(gè)聚變反應(yīng)實(shí)驗(yàn)堆。

    可控核聚變號(hào)稱人類終極能源,一升海水中含約30mg氘,通過(guò)聚變反應(yīng)可釋放出的能量相當(dāng)于300多升汽油的能量,而反應(yīng)產(chǎn)物是無(wú)放射性的。

    也就是說(shuō),1升海水可產(chǎn)生相當(dāng)于300升汽油的能量。一座100萬(wàn)kW的核聚變電站,每年耗氘量只需304kg。據(jù)估計(jì),天然存在于海水中的氘有45億噸,把海水中的氘通過(guò)核聚變轉(zhuǎn)化為能源,按目前世界能源消耗水平,足以滿足人類未來(lái)幾十億年對(duì)能源的需求。

    更不用說(shuō),月球上還有數(shù)量驚人的適合第二代聚變堆的氦資源儲(chǔ)備了。

    但是想要實(shí)現(xiàn)可控核聚變反應(yīng),技術(shù)難點(diǎn)自然多多。

    其一,幾千萬(wàn)甚至上億度的高溫,在這個(gè)溫度下等離子氣體中的部分原子核可能進(jìn)行聚變反應(yīng),溫度越高聚變反應(yīng)進(jìn)行得越快。

    其二,充分的約束,即把高溫下的等離子體約束在一定區(qū)域內(nèi),保持足夠的時(shí)間,使其充分聚變。

    其三,相當(dāng)?shù)偷拿芏取8邷叵碌牡入x子氣體具有很高的壓強(qiáng),因此要把容器內(nèi)的氣體抽到相當(dāng)真空,使單位體積內(nèi)的粒子數(shù)不能超過(guò)10的15次方個(gè),相當(dāng)于常溫下氣體密度的幾萬(wàn)分之一。

    其四,保證自持。處于高溫下的等離子體的不穩(wěn)定性,使它只能被約束一個(gè)很短的時(shí)間。為了使足夠數(shù)量的等離子氣體發(fā)生聚變反應(yīng),并能自持下去,就必須對(duì)參與反應(yīng)時(shí)的等離子氣體的密度和實(shí)現(xiàn)對(duì)它可靠的約束時(shí)間之間有一個(gè)要求,即勞遜條件。例如,實(shí)現(xiàn)氘-氚聚變反應(yīng)的條件是:等離子體溫度達(dá)2億度,同時(shí)粒子數(shù)密度達(dá)10^20m^-3  ,能量約束時(shí)間超過(guò)1s。

    第五,也是最難最重要的一點(diǎn),制造聚變堆的核材料。

    目前,前三個(gè)技術(shù)難關(guān)已經(jīng)基本上被攻克,ITER項(xiàng)目進(jìn)展順利的話,第四個(gè)難題預(yù)計(jì)在未來(lái)二十年內(nèi)能夠得到解決,唯有第五條,至今依舊遙遙無(wú)期。

    費(fèi)米曾說(shuō)過(guò),核技術(shù)的成敗取決于材料在反應(yīng)堆中強(qiáng)輻射場(chǎng)下的行為。

    這句話雖然說(shuō)得時(shí)候,是針對(duì)裂變堆的,但對(duì)聚變堆同樣有效,甚至從某種程度上說(shuō),是可控核聚變能否取得成功的關(guān)鍵。

    在商業(yè)化的托卡馬可聚變堆中,其第一壁材料,也就是直接面向等離子體的那層材料,需要滿足以下多種嚴(yán)苛的要求:

    第一,就是低氚滯留。

    相比于傳說(shuō)中的氦核聚變,目前最容易控制的聚變反應(yīng)為氘氚反應(yīng)。

    但氚(T)的半衰期短,不存在天然氚。人工制造又幾乎不可能,上億美元一千克,還是有價(jià)無(wú)市。因此,聚變堆中的氚都需要循環(huán)利用。

    目前科學(xué)界主要辦法就是用倍增過(guò)的中子和鋰反應(yīng),再把氚回收,這樣氚就成了類似于催化劑的存在。

    但是,目前氚的消耗/增殖比很低,(記憶中為1:1.05,可能有誤),因此必須嚴(yán)格控制耗散在各個(gè)環(huán)節(jié)的氚。其中又因第一壁直接和等離子體直接接觸,算是氚滯留大戶,需嚴(yán)格把控。否則氚越用越少,直接會(huì)導(dǎo)致等離子體熄滅停堆。

    第二,就是抗中子輻照能力。

    每個(gè)氘氚聚變都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)14MeV能量的中子,這些高能中子能輕易擊碎第一壁材料中的金屬鍵,產(chǎn)生大量缺陷,引起輻照腫脹、脆化、蠕變等問(wèn)題,使得材料完全沒(méi)法使用。

    商業(yè)聚變堆役期中第一壁中子劑量預(yù)計(jì)超過(guò)100dpa,而裂變堆的劑量在1dpa量級(jí),因此現(xiàn)有的裂變堆材料不可能直接拿到聚變堆中使用。

    第三,抗等離子體輻照。

    目前磁約束的邊界并不理想,等離子體湍流控制還存在著很大的可提升空間。

    因此,第一壁,特別是偏濾器裝甲依然要承受高通量的氘/氚/氦等離子體沖擊。這些等離子體轟入材料內(nèi)部后會(huì)在表面聚集,引起表面起泡、脫落。

    一方面破壞材料的表面完整性,另一方面脫落下來(lái)的碎片進(jìn)入等離子體也會(huì)造成等離子體破滅。

    第四,低活化問(wèn)題。

    中子轟擊下,許多元素都會(huì)發(fā)生核反應(yīng),嬗變成其他核素。有些核素是不穩(wěn)定的,會(huì)進(jìn)一步衰變持續(xù)放出輻射。這樣一來(lái)聚變反應(yīng)無(wú)輻射污染產(chǎn)物的優(yōu)勢(shì)就沒(méi)有了,因此用作第一壁的材料都是低活化材料,也就是嬗變后依然穩(wěn)定不衰變的元素。

    例如,一開(kāi)始人們擬用金屬鉬作為第一壁材料,后來(lái)發(fā)現(xiàn)嬗變產(chǎn)物有輻射太難處理,現(xiàn)在都在逐步換成金屬鎢。

    第五,耐高溫以及耐熱沖擊。

    商業(yè)聚變堆第一壁的工作的溫度在1000℃以上,等離子體破滅的一瞬間更是能達(dá)到2000~3000℃,鋼材、銅材這樣的低熔點(diǎn)材料直接就淘汰掉了。

    另外,第一壁的任務(wù)是把熱能導(dǎo)出去,熔點(diǎn)高但導(dǎo)熱性不行的陶瓷材料基本上也被淘汰。

    目前比較有希望的候選材料金屬鎢的熔點(diǎn)為3400℃。但鎢還存在塑性較差的缺點(diǎn),在離子體破滅的熱沖擊下,熱應(yīng)力往往會(huì)使得材料表面開(kāi)裂。

    以上幾個(gè)條件滿足一個(gè)就已經(jīng)十分困難了,滿足所有條件的材料目前還不存在。

    正因?yàn)槿绱耍煽睾司圩儾艜?huì)被認(rèn)為是人類科學(xué)技術(shù)史上遇到的最具挑戰(zhàn)性的特大科學(xué)工程。

    但是對(duì)龐學(xué)林而言,這些恰恰都不是問(wèn)題。

    流浪地球世界,人類都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了重核聚變技術(shù),輕核聚變當(dāng)然不在話下。

    當(dāng)年在流浪地球世界,龐學(xué)林還專門背過(guò)可控核聚變實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線。

    雖然對(duì)具體的技術(shù)細(xì)節(jié),他并沒(méi)有去仔細(xì)了解,但他很清楚實(shí)現(xiàn)可控核聚變的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和技術(shù)方向。

    他原本想著,回到現(xiàn)實(shí)世界的時(shí)候,也許會(huì)用得上。

    但他很快意識(shí)到,在現(xiàn)實(shí)世界,他壓根沒(méi)辦法獲得可控核聚變研發(fā)的主導(dǎo)權(quán)。

    而且就算他清楚技術(shù)發(fā)展方向,以現(xiàn)實(shí)世界的科技發(fā)展水平,想要真正制造出能夠商業(yè)化運(yùn)營(yíng)的聚變堆,周期至少在十年以上。

    所以在現(xiàn)實(shí)世界的時(shí)候,他優(yōu)先考慮在碳基芯片、高密度儲(chǔ)能電池領(lǐng)域取得突破,等以后有機(jī)會(huì)了才會(huì)把可控核聚變搞出來(lái)。

    但是在三體世界,這一切都不是問(wèn)題了。

    甚至于,龐學(xué)林還得刻意控制可控核聚變的實(shí)現(xiàn)時(shí)間,他必須在大低谷到來(lái)之后,各國(guó)的力量已經(jīng)衰弱到了無(wú)力控制全球局面的程度,才會(huì)將可控核聚變拿出來(lái),從而實(shí)現(xiàn)利益最大化。

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