Глава 522: Не идти обычным путем
Главный инженер Ван покинул научно-исследовательский институт STAR Stellarator с техническим эскизом. В тот же день он вылетел обратно в штаб-квартиру Китайской национальной ядерной корпорации в Пекине и связался с экспертами по феррожидкостной электроэнергии в Инженерной академии. Они начали обсуждать возможность применения технологии феррожидкостной электроэнергетики в управляемом термоядерном устройстве.
Однако, несмотря на то, что их лидер ушел, целевая группа Китайской национальной ядерной корпорации все еще оставалась в Цзиньлине. Они работали с исследователями STAR Stellarator Research Institute над техническими вопросами.
В то же время на машине STAR проводились эксперименты.
После того, как институт получил достаточное финансирование исследований, институт проводил эксперименты почти каждые три дня. Их исследовательскими целями были водород и гелий, и их работа заключалась в наблюдении их различных сложных физических свойств в плазме стелларатора.
Чтобы собрать ценные данные, Лу Чжоу даже потребовал подмешать 1 мг драгоценного дейтерия в реакционную камеру, что имело риск повреждения материала первой стенки.
На самом деле, этот эксперимент действительно вызвал некоторые повреждения машины STAR. К счастью, повреждения удалось исправить. Но даже тогда всю машину пришлось остановить как минимум на месяц.
Конечно, несмотря на высокую стоимость, отдача также была высокой.
Они не только подтвердили возможность воспламенения реакции синтеза, но также получили кусочек лития, который был поражен пучком нейтронов с энергией 14 МэВ.
Ценность куска лития для научных исследований не может быть измерена деньгами.
Вероятно, это был единственный институт в Китае, который мог проводить такие экстравагантные эксперименты.
Этот ломтик металлического лития, заработанный упорным трудом, спокойно лежал на специально обработанном предметном стекле кислородного микроскопа. Который был помещен под сканирующий электронный микроскоп и наблюдался рабочим в защитной одежде.
За пределами изолированной комнаты Лу Чжоу и другие исследователи стояли перед компьютером в лаборатории. Через экран компьютера они могли наблюдать цифры и графики со сканирующего электронного микроскопа.
Как они и ожидали, первоначальная гладкая металлическая поверхность была покрыта отверстиями.
С помощью инфракрасного спектрометра они смогли увидеть даже следы трития и гелия в металле.
Хорошей новостью было то, что это доказало, что пучок нейтронов с энергией 14 мэВ действительно реагировал с литием-3. Это означало, что они смогли успешно восстановить часть трития, использованного в эксперименте.
К сожалению…
Они столкнулись с бесчисленными проблемами.
Профессор Ли Чанся посмотрела на графики на экране компьютера и мягко вздохнула.
«Готов поспорить, что эта штука сломается, как только кто-нибудь к ней прикоснется».
Лу Чжоу уставился на с трудом полученные данные на экране компьютера и небрежно ответил: «Нет необходимости делать ставки. Даже если бы в него не попал нейтронный луч, он не был бы таким сильным».
Шэн Сяньфу покачал головой и сказал: «Дело не только в радиационном повреждении, восстановленный тритий слишком низок. И самая главная проблема даже не в том, чтобы восстановить тритий. Энергия, переносимая пучком нейтронов, слишком высока. Реагировала не только поверхность лития-3, но и внутренние слои. Даже если бы тритий был собран в литиевых внутренностях, мы не смогли бы его извлечь».
Пучок нейтронной энергии, несущий энергию 14 МэВ, был подобен ракете, металлы не могли сравниться с этим монстром.
Кроме того, пучок нейтронов не только проникает через отверстие в первой стенке, но и образует пустое пространство внутри материала первой стенки, как воздушный шар. В конечном итоге это может привести к вздутию, охрупчиванию и даже осыпанию материала поверхности первого материала стенки, что может привести к серьезным авариям.
Это была одна из основных причин, по которой материал слоя реактора деления нельзя было использовать в термоядерном реакторе.
У них были разные порядки с точки зрения их радиационно-стойких возможностей.
С этого момента их исследования вошли в неизвестную область. Это означало, что у них больше не было литературы, с которой они могли бы ознакомиться. Все проблемы с этого момента должны были решаться сами собой.
Профессор Ли Чанся немного подумал и предложил: «А что, если вместо этого использовать молибден?»
«Молибден не сработает». Лу Чжоу немедленно отверг эту идею. Он покачал головой и сказал: «Молибден обладает приличными термостойкими свойствами, но при облучении нейтронами он будет производить радиоактивные элементы».
Другой исследователь предположил: «А как насчет вольфрама? Вольфрам обладает хорошими термостойкими свойствами, а его побочными продуктами являются осмий и рений, так что радиации нет!»
Лу Чжоу даже не пришлось говорить самому. Ли Чанся покачал головой и сказал: «Это распространенное заблуждение. Вольфрам обладает хорошими термостойкими свойствами, но недостаточно пластичен. Термическое напряжение вызовет растрескивание поверхности материала… Когда я проводил академический обмен в эксперименте на токамаке DIII-D, был специальный исследовательский проект по этой проблеме. Короче говоря, вольфрам не подойдет».
В лаборатории снова стало тихо.
Лу Чжоу, который все это время смотрел на данные на экране компьютера, вдруг спросил: «Если мы не можем удержать пучок нейтронов внутри стелларатора, почему бы нам не пропустить его?»
"Пройти через?" Шэн Сяньфу на секунду остановился и улыбнулся, покачав головой. Он сказал: «Если мы позволим ему пройти, как мы должны перерабатывать нейтроны, образующиеся в результате реакции?»
Повторное использование нейтронов дейтерия-трития, образующихся в реакции синтеза, было ключевой частью технологии ядерного синтеза. Ведь цена трития была на десятки тысяч дороже дейтерия. Он продавался граммами по цене 30 000 долларов США за грамм1.
Если они не смогут извлечь нейтроны, образовавшиеся в результате реакции, они не только потеряют большое количество энергии, но и реактор «выключится» из-за потери трития.
В идеальном сценарии и тритий, и нейтрон должны сохраняться в качестве промежуточного продукта. Конечными отходами должны быть только гелий и тепло.
Поэтому они не должны были просто так пропускать нейтрон, они должны были сохранить его во что бы то ни стало.
Лу Чжоу услышал замечание Шэн Сяньфу и улыбнулся.
«Пропустить их — не значит отпустить. Теоретически, независимо от дизайна материала первой стенки, мы не можем избежать повреждения металлических связей пучком нейтронов. Кроме того, плохие ремонтные свойства металлов, не говоря уже о проблеме метаморфоза.
«Следовательно, почему бы не сделать материал первой стенки таким, который пропускает нейтроны и обладает сильной способностью к самовосстановлению. Затем мы можем использовать жидкий литий-3 для извлечения нейтронов из материала первой стенки. Что касается стороны за жидким литием, мы можем поместить слой металлического бериллия для отражения непрореагировавших нейтронов, которые проникают через слой жидкого лития». .
Его конструкция была эквивалентна размещению жидкого лития между первой стенкой и бериллием.
Шэн Сяньфу опустил голову и немного задумался. Он думал, что этот метод кажется осуществимым, но он также чувствовал, что есть проблемы.
Он подумал некоторое время и придумал две самые очевидные проблемы.
«Но где мы можем найти материал, который пропускает нейтроны и обладает большими способностями к самовосстановлению? Даже после использования лития в качестве первого материала для стен мы все еще не можем решить проблему радиационного повреждения. Кроме того, как вы только что сказали, после того, как мы извлечем тритий, как мы вернем тритий обратно в реактор?
Когда Лу Чжоу услышал эти два вопроса, он улыбнулся и сказал: «Вторую проблему решить легко. При температуре жидкого лития и тритий, и гелий находятся в газовой форме. Они несовместимы друг с другом.
«Нам просто нужно применить слабую восходящую силу к нейтронам внутри жидкого лития и перенести нейтроны на вершину реактора.
«Тогда нам просто нужно переработать газ, который выходит из реактора».
Образовавшийся тритий и гелий из выхлопных газов затем вводились в реакционную камеру для ионизации. Что касается удаления гелия из реактора, то этим занимался дивертор.
Что касается выбора водоохлаждаемого дивертора, вольфрамово-медного дивертора или любого другого дивертора, то этот выбор будет зависеть от их конкретных потребностей. Несмотря на то, что эта часть была решающей, они не могли решить ее.
Лу Чжоу сделал паузу на секунду и сказал: «Что касается вашего первого вопроса, этот металл не может быть найден в сплавах. Так как насчет того, чтобы отказаться от всего металлического слоя?»
Все в лаборатории, включая Ли Чанся и Шэн Сяньфу, замерли.
Избавиться от металлического слоя?
Это…
Возмутительно, правда?
«Мы не используем металл?» Профессор Ли Чанся с изумлением посмотрел на Лу Чжоу. Он сказал: «Тогда что мы собираемся использовать?»
Керамика?
Несмотря на то, что другие исследовательские институты пытались использовать керамику и дали достойные результаты, решающим фактором была плохая теплопроводность керамики.
Если они не смогут отвести тепло от реактора, у них возникнут другие проблемы.
«Мы собираемся использовать углерод». Лу Чжоу сделал паузу на секунду и уверенно сказал: «Или, точнее, композиты из углеродного волокна!»
Лу Чжоу не вдруг пришла в голову эта творческая идея. Он думал об этом давно, еще когда работал с профессором Керибером в научно-исследовательском институте Вендельштейна 7-Х.
Углеродное ядро было относительно стабильным. Он не реагировал легко с нейтронами. Кроме того, он мог действовать как буфер для пучка нейтронов, поэтому, когда пучок нейтронов контактировал с жидким гелием, он мог предотвратить мгновенное разрушение пучков нейтронов.
Энергия, уменьшенная слоем углеродного волокна, будет выделяться в виде тепловой энергии. Благодаря своим звездным свойствам теплопроводности тепловую энергию, вырабатываемую внутри реактора, можно было легко отвести.
Он также обладал хорошими термостойкими свойствами.
Когда углеродное волокно не подвергалось воздействию воздуха и окислителей, оно могло выдерживать температуры выше 3000 градусов. Это было сравнимо с температурой плавления вольфрама, который отвечал требованиям к первому материалу стенки!
Лу Чжоу посмотрел на людей в лаборатории и сказал: «Полностью удалите первый металлический слой стены. Использование углеродного волокна в качестве основного конструкционного материала. Затем заполните жидким гелием средний слой и используйте бериллий на внешнем слое для отражения нейтронов. Защитный слой должен представлять собой смесь парафина и водного карбида углерода, покрытую ядерным цементом. Если все это удастся, мы решим проблему удержания трития!»
Что касается выбора композитных материалов из углеродного волокна и самовосстанавливающегося компонента, то этот исследовательский проект будет проводиться исследовательским отделом материалов Института перспективных исследований Цзиньлина.
Несмотря на то, что проблема была серьезной, Лу Чжоу чувствовал, что сможет решить ее!
Профессор Ли Чанся не мог не сказать: «Это слишком…»
Он хотел сказать, что это слишком возмутительно.
Однако, прежде чем он успел закончить, Шэн Сяньфу прервал его.
«Нет, может быть… это может сработать!»
Шэн Сяньфу потер подбородок пальцем, когда его глаза начали светиться.
«Я читал соответствующую литературу о замене вольфрамовых и стальных конструкций на углеродное волокно. Международное академическое сообщество с оптимизмом смотрит на этот технический путь, как и нанокерамика!
«Однако использование композитов из углеродного волокна для полной замены металла в качестве основного корпуса реактора и для того, чтобы позволить нейтронному пучку реагировать с жидким литием за пределами первой стенки, прежде чем извлекать тритий из жидкого лития… Я впервые слышу о чем-то подобном».
Сложность, связанная с чем-то вроде этого, была высокой. Им пришлось столкнуться с проблемами композита из углеродного волокна. Например, проблема температуры. Композитный материал из углеродного волокна имел рабочую температуру около 3000 градусов, в то время как температура кипения металлического лития составляла всего 1340 градусов.
Если бы они не смогли передать тепло вовремя, жидкий литий мог бы испариться, что могло бы привести к его смешиванию с реакцией трития. Это могло взорвать весь реактор…
Была также проблема с изменением объема, когда литиевая жидкость затвердевала после выключения машины…
Однако, как и сказал Лу Чжоу, эта идея может быть осуществима.
По крайней мере, это стоило попробовать!