棲霞山可控核聚變研究院中，站在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，徐川看著顯示屏上的圖像和數(shù)據(jù)。
而在實(shí)驗(yàn)室的一側(cè)，還有著一間隔離實(shí)驗(yàn)間。
在那里面，掃描電鏡、金屬原位分析儀、質(zhì)譜分析儀等設(shè)備正在分析著設(shè)備中的材料。
破曉聚變裝置第二次的極限實(shí)驗(yàn)，創(chuàng)造的不僅僅是兩小時(shí)的高密度等離子體運(yùn)行記錄，還有一次氘氚原料聚變點(diǎn)火運(yùn)行實(shí)驗(yàn)。
真正的氘氚原料聚變點(diǎn)火運(yùn)行實(shí)驗(yàn)，帶來的數(shù)據(jù)與價(jià)值，不是氦三與氫氣模擬高密度等離子體流運(yùn)行能比的。
后者盡管同樣能在溫度、密度等方面接近前者，但終究是沒法發(fā)生聚變現(xiàn)象的。
而前者，哪怕僅僅只有一毫克的量，卻能做到真正的氘氚聚變釋放能量，釋放中子，提升等離子體的溫度，擾亂等離子體運(yùn)行等等。
這些都是氦三與氫氣模擬運(yùn)行所無法做到的。
尤其是第一壁材料的中子輻照損傷，這是可控核聚變中繼控制反應(yīng)堆腔室中的高溫等離子體湍流的下一個(gè)世界難題。
第一壁的材料不僅僅要面對(duì)反應(yīng)堆腔室中上億度的高溫氘氚等離子體，還要面對(duì)氘氚原料聚變過程中產(chǎn)生的中子束。
除此之外，第一壁材料可能甚至還要承擔(dān)氚自持的功能。
DT可控核聚變的兩種原料分別是氘和氚。
氘元素在地球上的含量巨大，光是海水中就蘊(yùn)藏了大約40萬億噸的氘，制取也相對(duì)簡(jiǎn)單很多。
但相比較氘來說，氚在地球上的存儲(chǔ)量就相當(dāng)稀少了。
全球自然資源中的氚存量幾乎少到可以忽略不計(jì)了，自然界的存量只有3.5千克左右。
而目前各國對(duì)氚原料的存儲(chǔ)，所有的國家加起來也不超過二十五公斤。
一方面是氚會(huì)自主的發(fā)射β射線而衰變，半衰期僅有12.5年的短暫時(shí)間。
另一方面則是制備它一般都只能通過核反應(yīng)。
目前在工業(yè)上制備氚，主要是利用反應(yīng)堆的中子，采用鋰-6化合物做靶材，生產(chǎn)氚，然后利用熱擴(kuò)散法，使氚富集至99%以上再收集保存。
而中子束不可控，再加上核裂變堆中產(chǎn)生的量也不大，所以產(chǎn)量很低。
因此在可控核聚變技術(shù)中，如何讓氚保持自持循環(huán)，同樣是相當(dāng)關(guān)鍵的問題之一。
或許有人會(huì)覺得可以利用粒子加速器來加速中子轟擊鋰材料制造氚原料，但有這種想法的，老實(shí)說基本都是高中沒認(rèn)真學(xué)習(xí)物理的。
中子不帶電子，加速器的磁場(chǎng)對(duì)它根本就沒任何作用。
要是磁場(chǎng)能約束中子，可控核聚變反應(yīng)堆第一壁的材料也不至于那么難找了。
好在氘氚聚變過程中會(huì)產(chǎn)生大量的中子，如果利用中子來轟擊鋰-6化合物靶材，在理論上是可以維持氚自持的。
而在上次破曉聚變堆的運(yùn)行中，徐川就做了這樣的實(shí)驗(yàn)。
在第一壁上面，他讓人安裝了鋰-6化合物靶材、鎢合金、鉬合金、石墨、碳復(fù)合材料、鈹合金等各種材料片。
其中鋰-6化合物靶材材料是用于測(cè)試在氘氚聚變過程中，釋放的中子是否真的能如同理論上一樣轟擊鋰材料產(chǎn)生足夠的氚原料。
而其他的材料，則是為了尋找最合適的第一壁材料。
中子輻照可不是鬧著玩的東西。
就目前而言，它能對(duì)大部分的材料，對(duì)絕大部分的金屬材料都產(chǎn)生極強(qiáng)的嬗變作用。
這不僅會(huì)破壞材料的結(jié)構(gòu)，還會(huì)如同發(fā)泡劑一般，將材料變成極為脆弱的泡沫。
想象一下，一塊和泡沫箱一樣厚的鋼鐵，被你用手輕輕一掰就碎成了渣子是什么感覺？
可控核聚變反應(yīng)堆中的中子輻照就能做到這一點(diǎn)。
事實(shí)上情況也正是如此，盡管上次破曉聚變裝置使用的氘氚原料只有一毫克，但在聚變過程中產(chǎn)生的中子依舊對(duì)這些部署在第一壁上的各種測(cè)試材料產(chǎn)生了不同程度的損傷。
不過值得高興的是，鋰-6化合物靶材在實(shí)驗(yàn)過程中的確起到了對(duì)應(yīng)的作用，氘氚聚變產(chǎn)生的中子束撞上它后產(chǎn)生了一些氚元素。
因此從理論上來說，利用鋰-6化合物靶材作為反應(yīng)物，解決氚自持這一難題從理論上來說是可以做到的。
這也算是一個(gè)重大的突破了。
畢竟在以往，可沒有哪個(gè)實(shí)驗(yàn)機(jī)構(gòu)或者研究機(jī)構(gòu)能真實(shí)的做到利用實(shí)驗(yàn)堆進(jìn)行氘氚聚變反應(yīng)測(cè)試中子+鋰材料合成氚原料。
他們這應(yīng)該是第一次。
不過好消息有，但是壞消息更多。
那些安裝在第一壁材料上的各種對(duì)抗中子輻照的測(cè)試材料，損傷程度，比徐川計(jì)算中的要更高。
看電腦屏幕中的圖像，站在徐川身邊的另一邊材料學(xué)教授趙光貴輕輕嘆了口氣，道：“從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，問題比我們想象中要多不少。”
徐川望著電腦上的圖像，道：“再多也得一一解決不是么？”
聞言，趙光貴嘆道：“話的確是這么說，但咱們的麻煩可不少。而且咱們現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)新的領(lǐng)域，在可控核聚變這一塊，已經(jīng)沒有其他的研究機(jī)構(gòu)或?qū)嶒?yàn)室能給我們提供經(jīng)驗(yàn)作為參考了。”
聽到這話，徐川笑了笑，道：“參考其他人的經(jīng)驗(yàn)和思路的確能給我們提供很大便捷，但終究是在別人的路上走而已。在科研這方面，要想有所成就，終究是要有自己的想法和思路的。”
“偷懶的方式或許適合其他領(lǐng)域，但對(duì)于搞學(xué)術(shù)研究的我們來說，該怎么做，怎么解決問題，終究是需要我們的自己去獨(dú)立思考的。”
一旁，從水木大學(xué)那邊調(diào)過來材料學(xué)教授邢學(xué)興笑道：“能走在前面拓展邊界，這是每一個(gè)研究員和學(xué)者都希冀的事情。”
頓了頓，他將話題重新引回了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)上：“不過趙教授說的也沒錯(cuò)，咱們這次的麻煩可不少。”
“無論是氚自持還是各項(xiàng)抗中子輻照樣品材料的損傷，都遠(yuǎn)低于實(shí)驗(yàn)前的預(yù)料。”
“利用中子轟擊鋰靶材，的確可以做到生成氚元素。但生成量和我們收集到的量并沒有理論上那么多。”
“一方面是腔室中聚變生成的中子束并沒有全都作用于鋰-6化合物靶材，它攜帶的能量太高，會(huì)直接擊穿靶材，導(dǎo)致反應(yīng)的數(shù)量遠(yuǎn)低于預(yù)期。”
“另一方面則是這些中子攜帶的能級(jí)太高，1.2億度溫度下，氘氚聚變釋放出來的中子束能級(jí)堪比中大型粒子對(duì)撞機(jī)了，這會(huì)對(duì)靶材和第一壁都造成極為嚴(yán)重的影響。”
徐川思索了一下，道：“第一個(gè)問題倒還好解決，大不了可以將靶材的厚度提升一些。另外可以做成全覆蓋式，整體將反應(yīng)腔室包裹起來，這樣一來中子束就不是浪費(fèi)。”
“至于第二個(gè)就有點(diǎn)麻煩了。”
可控核聚變不是核裂變，核裂變的溫度是遠(yuǎn)比不上核聚變的。
哪怕是大當(dāng)量的核彈爆炸，中心溫度頂天也就百萬攝氏度級(jí)別。
當(dāng)年投放在廣島的小男孩，爆炸核心區(qū)域的溫度只有六千多度。對(duì)比之下，這個(gè)數(shù)值在可控核聚變中簡(jiǎn)直不值一提。
六千多度，這個(gè)數(shù)據(jù)連破曉聚變裝置運(yùn)行的等離子體溫度的零頭的零頭都不夠。
而核彈爆炸的溫度都只有這樣，那么利用核裂變效應(yīng)發(fā)電的核電站溫度就更低了。
因此絕大部分能用在核裂變反應(yīng)堆上的對(duì)抗輻照材料，根本就無法用于可控核聚變反應(yīng)堆上。
不僅僅是用于氚自持的鋰靶材在實(shí)驗(yàn)過程中受到了損傷，其他部署于第一壁的實(shí)驗(yàn)材料，也同樣有損傷。
一旁，趙光貴試探著開口道：“將聚變溫度降低一些如何？”
“氘氚聚變的溫度在一千兩百萬度左右就可以發(fā)生，一點(diǎn)二億度，這翻了整整十倍了。”
“雖然降低溫度會(huì)影響氘氚等離子體的活躍性，進(jìn)而影響到聚變數(shù)量和產(chǎn)生的能量。但犧牲一部分熱量和能量換取第一壁材料的穩(wěn)定并不是不可取的。”
徐川想了想，搖搖頭道：“可行性不大。”
“熱運(yùn)動(dòng)雖然可以使中子發(fā)生非彈性碰撞，熱運(yùn)動(dòng)速度越高，對(duì)物質(zhì)的影響就越大，但聚變堆中的中子束的能級(jí)并不單單來源于溫度。”
“它的主要來源是氘氚原子核聚變時(shí)產(chǎn)生的能量推動(dòng)，每個(gè)氘氚原子核聚變都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)14.1 MeV的中子，這部分在高能物理上是注定的，而降低溫度只是消減了一部分外力而已。”
趙鴻志點(diǎn)了點(diǎn)頭，道：“嗯，從這方面來看，降低溫度從而減小中子對(duì)第一壁材料的破壞基本不大可能了。”
“而從中子輻照后的材料分析數(shù)據(jù)來看，鉬、鎢、石墨烯這些材料在第一階梯，受中子輻照的影響較小，奧式鋼、陶瓷這些在第二階梯、其他的更差。”
一旁，水木大學(xué)的邢學(xué)興教授搖搖頭道：“鉬不行，這個(gè)水木那邊之前有做過研究，鉬在接受中子輻照的時(shí)候會(huì)嬗變成放射性元素。至于鉬合金的話，就需要更多的嘗試了。”
“倒是鎢，鎢合金可能還有點(diǎn)希望。目前ITER和EAST那邊的第一壁材料都采用的鎢合金，耐熱性能不錯(cuò)，嬗變產(chǎn)物是鋨和錸，不存在放射性問題。”
徐川搖了搖頭，道：“鎢大概也行不通。”
“鎢的耐熱性和嬗變產(chǎn)物都沒什么問題，但是它的物理塑性和熱膨脹系數(shù)的差異，以及熱應(yīng)力的積累等問題，會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)部產(chǎn)生裂紋。”
“這對(duì)于可控核聚變反應(yīng)堆來說是致命的。”
聽到徐川否決鎢合金，實(shí)驗(yàn)室中又陷入了沉默。
第一壁的材料問題的確很麻煩，麻煩到目前全世界都找不出來一種合適的。
畢竟在可控聚變堆中，第一壁材料受到等離子體中發(fā)射出來的高能中子、電磁輻射和高能粒子(氘氚氦和其他雜質(zhì))的強(qiáng)烈作用。
一個(gè)商用的托卡馬克反應(yīng)堆，理論上來說，一般中子壁負(fù)荷至少要達(dá)到5MW/m2以上。
中子壁負(fù)荷是一個(gè)與聚變堆的功率密度有關(guān)的設(shè)計(jì)指標(biāo)，數(shù)值上等于單位面積的第一壁材料上的聚變中子源強(qiáng)度與中子能量的乘積。
而絕大部分的耐熱材料，在面對(duì)這些極端嚴(yán)苛的屬性挑戰(zhàn)時(shí)，根本就達(dá)不到要求。
不過話又說回來，這個(gè)問題真要那么容易解決，也不至于留到現(xiàn)在了。
畢竟可控核聚變是全世界有能力搞都會(huì)搞的東西，里面的各種技術(shù)難題，材料問題肯定都討論過無數(shù)次了。
盯著電腦顯示屏上的數(shù)據(jù)，徐川沉思了一會(huì)后開口道：“我覺得，第一壁的材料選擇，或許我們要改變一下思路。”
聞言，實(shí)驗(yàn)室中的其他人都看了過來。
趙鴻志問道：“怎么說？”
徐川思忖了一下，組織了一下語言后開口道：“每個(gè)D-T聚變都會(huì)產(chǎn)生一個(gè)14.1 MeV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。”
“14.1 MeV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1~10 eV之間。”
“也就是說，一個(gè)14.1 MeV的中子所攜帶的能量，足以破壞上百萬個(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。”
“而在聚變堆里，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，從而破壞規(guī)整的原子排布。”
“如果是單純的要抵抗中子的話，或許使用鈹金、石墨、石墨和鈾238這些材料制成的結(jié)構(gòu)能做到，核裂變堆里面不就是利用這些材料做中子反射的么。”
“但放到可控核聚變反應(yīng)堆里面，就不行了。”
“原因很簡(jiǎn)單，因?yàn)槲覀冃枰凶觼碜鲭白猿郑駝t目前存儲(chǔ)的氚原料根本就無法支撐可控核聚變的商業(yè)化使用。”
“所以我個(gè)人覺得，與其在金屬材料中尋找一種抵抗材料，還不如將目光放在其他材料上試試？”