第二百五十一章 可控核聚变

第二百五十一章 可控核聚变 (第2/2页)

费米曾说过，核技术的成败取决于材料在反应堆中强辐射场下的行为。
　　
　　这句话虽然说得时候，是针对裂变堆的，但对聚变堆同样有效，甚至从某种程度上说，是可控核聚变能否取得成功的关键。
　　
　　在商业化的托卡马可聚变堆中，其第一壁材料，也就是直接面向等离子体的那层材料，需要满足以下多种严苛的要求：
　　
　　第一，就是低氚滞留。
　　
　　相比于传说中的氦核聚变，目前最容易控制的聚变反应为氘氚反应。
　　
　　但氚（T）的半衰期短，不存在天然氚。人工制造又几乎不可能，上亿美元一千克，还是有价无市。因此，聚变堆中的氚都需要循环利用。
　　
　　目前科学界主要办法就是用倍增过的中子和锂反应，再把氚回收，这样氚就成了类似于催化剂的存在。
　　
　　但是，目前氚的消耗/增殖比很低，（记忆中为1:1.05，可能有误），因此必须严格控制耗散在各个环节的氚。其中又因第一壁直接和等离子体直接接触，算是氚滞留大户，需严格把控。否则氚越用越少，直接会导致等离子体熄灭停堆。
　　
　　第二，就是抗中子辐照能力。
　　
　　每个氘氚聚变都会产生一个14meV能量的中子，这些高能中子能轻易击碎第一壁材料中的金属键，产生大量缺陷，引起辐照肿胀、脆化、蠕变等问题，使得材料完全没法使用。
　　
　　商业聚变堆役期中第一壁中子剂量预计超过100dpa，而裂变堆的剂量在1dpa量级，因此现有的裂变堆材料不可能直接拿到聚变堆中使用。
　　
　　第三，抗等离子体辐照。
　　
　　目前磁约束的边界并不理想，等离子体湍流控制还存在着很大的可提升空间。
　　
　　因此，第一壁，特别是偏滤器装甲依然要承受高通量的氘/氚/氦等离子体冲击。这些等离子体轰入材料内部后会在表面聚集，引起表面起泡、脱落。
　　
　　一方面破坏材料的表面完整性，另一方面脱落下来的碎片进入等离子体也会造成等离子体破灭。
　　
　　第四，低活化问题。
　　
　　中子轰击下，许多元素都会发生核反应，嬗变成其他核素。有些核素是不稳定的，会进一步衰变持续放出辐射。这样一来聚变反应无辐射污染产物的优势就没有了，因此用作第一壁的材料都是低活化材料，也就是嬗变后依然稳定不衰变的元素。
　　
　　例如，一开始人们拟用金属钼作为第一壁材料，后来发现嬗变产物有辐射太难处理，现在都在逐步换成金属钨。
　　
　　第五，耐高温以及耐热冲击。
　　
　　商业聚变堆第一壁的工作的温度在1000以上，等离子体破灭的一瞬间更是能达到2000~3000，钢材、铜材这样的低熔点材料直接就淘汰掉了。
　　
　　另外，第一壁的任务是把热能导出去，熔点高但导热性不行的陶瓷材料基本上也被淘汰。
　　
　　目前比较有希望的候选材料金属钨的熔点为3400。但钨还存在塑性较差的缺点，在离子体破灭的热冲击下，热应力往往会使得材料表面开裂。
　　
　　以上几个条件满足一个就已经十分困难了，满足所有条件的材料目前还不存在。
　　
　　正因为如此，可控核聚变才会被认为是人类科学技术史上遇到的最具挑战性的特大科学工程。
　　
　　但是对庞学林而言，这些恰恰都不是问题。
　　
　　流浪地球世界，人类都已经实现了重核聚变技术，轻核聚变当然不在话下。
　　
　　当年在流浪地球世界，庞学林还专门背过可控核聚变实现的技术路线。
　　
　　虽然对具体的技术细节，他并没有去仔细了解，但他很清楚实现可控核聚变的关键节点和技术方向。
　　
　　他原本想着，回到现实世界的时候，也许会用得上。
　　
　　但他很快意识到，在现实世界，他压根没办法获得可控核聚变研发的主导权。
　　
　　而且就算他清楚技术发展方向，以现实世界的科技发展水平，想要真正制造出能够商业化运营的聚变堆，周期至少在十年以上。
　　
　　所以在现实世界的时候，他优先考虑在碳基芯片、高密度储能电池领域取得突破，等以后有机会了才会把可控核聚变搞出来。
　　
　　但是在三体世界，这一切都不是问题了。
　　
　　甚至于，庞学林还得刻意控制可控核聚变的实现时间，他必须在大低谷到来之后，各国的力量已经衰弱到了无力控制全球局面的程度，才会将可控核聚变拿出来，从而实现利益最大化。