馬普實驗室的核心仿星器示意圖?
在場所有人,包括爲首的老人都被勾引起興趣。
“之前王院士說馬普實驗室對仿星器第一內壁材料有了重大突破,這個結論可以說是,也可以說不是。”
陸毅從張晴手中拿過筆記本電腦,連接上投影儀把屏幕投射出來。
看到投影光幕上面的示意圖,在場核聚變的專家都愣了下,這個直達等離子體運轉軌道的缺口是什麼?
等了會兒,似乎有人看懂了,眼中閃過一絲震驚,這時陸毅又接着說道:“第一次知道這種構造方案,是在馬普實驗室宣佈啓動示範堆建設的時候。
那時兩位從馬普實驗室挖過來的工程師跟我們說,馬普實驗室一直有這個備選方案,後續我讓明日集團那邊動用西歐的資本關係,經過這段時間的努力最終獲取了這一份具體資料。
當然,能這麼容易獲得這麼高機密的資料,或許也跟他們沒有把這份資料太過重視的原因有關。
因爲這個設計結構就算公開,全世界能實現的國家也沒幾個,具備實現條件又對仿星器有深入研究的,暫時就只有馬普實驗室和他們所在的德國。”
“仿星器大概結構想必大家都有所瞭解,從等離子體運行的軌道從內到外依次劃分爲,第一內壁、鋰增殖包層、冷卻層、屏蔽層、真空室、以及最外面的外磁場線圈,其中偏濾器也是工作在第一內壁。
以前仿星器最大的難題,那是等離子體湍流無法預測,導致約束磁場的形狀無法等離子體完全契合。
這導致在磁場邊緣區域,會有大量溫度超過億攝氏度的等離子體穿透磁場,形成恐怖等離子體輻照作用在第一內壁,引起第一內壁溫度快速上升等問題。
後續等離子體湍流模型得到突破,優化控制方案讓約束磁場和等離子體得到比較完美的契合,這使等離子體輻照下降了百分之99以上。
當然沒做到完美,也做不到完美,畢竟就算太陽不能完美束縛住所有等離子體。
不過等離子體輻照下降了百分之99以上,這也意味這個問題得到解決具備了商業化的標準,那麼仿星器還剩下的問題就是中子輻照、氚滯留、氚增殖再循環回收等幾個主要難題。
現在可控核聚變採用的都是氘氚聚變,氘可以在海水中提取,地球含量很大。
氚因爲半衰期只有12年,自然界中幾乎不存在,只能通過中子和鋰反應獲得,這樣的情況使得氚素極其稀少和貴重。
可控核聚變要想商業化,首先面對問題是要滿足氚的重複循環使用,通過氚氘聚變產生的中子和鋰反應進行氚的回收循環。
要是這個鋰中子回收系統無法達到應用標準,那反應堆中的氚元素就會越來越少,最終停止聚變反應。”
“這樣的話,陸教授你們對這些問題是不是有解決思路了?”
坐在老人下首的能源局大佬有些好奇地提問。
“思路有,但材料性能達不到。”
陸毅搖了搖頭,接着道:“氘氚聚變,一個氚核和一個氘核聚變產生一個氦核外加一個蘊含14MeV能量的高能中子,並釋放出17.6MeV的能量。
氘氚聚變釋放的中子能量太高了,強烈的中子輻照會引起內壁材料脫落乃至崩碎,捲入等離子體中引發重大安全事故。
除了材料變性變脆,高能中子還會如同吹氣球般在材料中撞出一個個空泡,這些空泡會對中子和鋰反應產生的氚形成聚集滯留問題,影響到氚的循環回收。
要想解決這些問題,第一內壁的材料就要進行突破,提高材料的抗中子輻照,減少空泡的產生,嬗變產物也要非放射性產物。
另外因爲內壁材料是直面高溫等離子體,這對內壁材料的耐熱性能,熱應力,散熱性能等又有了很高的要求。
如果耐熱不好,內壁材料首先就不能承受離散等離子體輻照引起的高溫,如果熱應力不好,溫度一升高材料就會變性。
如果不能及時散熱穩定溫度,一則能量積累會引起材料變性,二則增殖包層的鋰沸點溫度只有1340攝氏度,高溫會直接引起鋰金屬發生汽化。
這些苛刻的材料性能要求,就是仿星器目前的難題,世界上還沒有任何一種材料能滿足這些性能指標。”
陸毅講解的很仔細,語句通暢清晰的把目前仿星器遇到的問題說了出來,在場的人聽的也很認真。
原本對這些技術細節問題不是太懂的能源局大佬和那位老人,此時心裡面對仿星器當前的難題也有了一個相對清晰的概念。
“第一內壁的材料問題困擾了我們,當然也困擾了馬普實驗室。”
陸毅把屏幕上的示意圖放大,說道:“他們這次是採用一個取巧的辦法解決了這個問題,,把陶瓷材料加工製作成活動鏈網結構,然後在仿星器上面開一個口伸進去。
它就如同一張織布,螺旋環繞等離子體運行軌道的外徑,承受等離子體輻照能量繞一圈再出來。
原本在螺旋石7-X仿星器中,他們使用的是一個2毫米陶瓷夾層。
但這次示範堆所有一切都是重新設計製造,可以事先預留更多空間,所以他們這次採用了兩層2毫米陶瓷夾層。
無機非金屬的陶瓷材料的中子穿透性很好,這使得它們不會阻擋中子,從而影響氚的循環回收。
另外陶瓷材料導熱性能差的特性,這原本是陶瓷材料被作爲第一內壁材料淘汰掉的因素,但現在卻成爲它的優點,可以吸收承受更多的熱量聚集在它內部,把更多的熱量運輸出外面。
通過這一份示意圖的設計數據我們大概計算了,經過前面兩層陶瓷活動夾層的阻擋和熱量帶走,可以使第一內壁的工作溫度下降到500到600攝氏度之間。”
“500到600攝氏度?”
在場的王院士和張教授等幾位核聚變專家都不由驚呼出聲,他們明白這個溫度意味了什麼。