Глава 235. Первый промежуточный результат •
По сравнению с тревогой и беспокойством других, Сюй Чуань практически не испытывал нервозности.
У него было только ожидание, ожидание того, чего сможет достичь материал ""кристаллический эрбий-цирконат"", созданный с использованием специальной нанотехнологии и основанный на теории ""атомной циркуляции"".
Что касается радиационной стойкости ""кристаллического эрбий-цирконата"", то он, на самом деле, был хорошо осведомлен. Но он знал об этом из прошлой жизни.
А в предыдущих экспериментах по воспроизведению он использовал математические методы для пересчета и корректировки некоторых аспектов этой технологии, в определенной степени оптимизировав этот материал.
Теоретически, оптимизированный ""кристаллический эрбий-цирконат"" должен обладать лучшей радиационной стойкостью или радиационной стабильностью.
Просто по сравнению с предыдущим материалом ""кристаллический эрбий-цирконат"", насколько он сможет улучшиться, он не знал.
Радиационная стойкость, или радиационная стабильность, - это способность материала сохранять свои первоначальные физические и химические свойства после получения определенной дозы облучения.
Радиационная стойкость материала связана с его молекулярной структурой, относительной молекулярной массой и агрегатным состоянием.
Например, изотактический полипропилен с третичными атомами углерода претерпевает заметные изменения при поглощении энергии излучения 1,2x10 Гр, а при 8x10 Гр происходят серьезные изменения, например, он становится хрупким и ломается при сгибании рукой.
В то время как для полистирола с ароматическим кольцом дозы, необходимые для возникновения аналогичных изменений, составляют 8x10 Гр и 3x10 Гр соответственно.
Специальная радиационно-стойкая резина, используемая в ядерной энергетике, обладает более высокой радиационной стойкостью.
Что касается свинцового металла, радиационно-стойких стальных листов и других подобных материалов, то они практически достигли пика радиационной стойкости в современном материаловедении.
А радиационная стойкость ""кристаллического эрбий-цирконата"", судя по материалу, разработанному в прошлой жизни, строго говоря, уступает такому сверхплотному материалу, как свинец.
Между ними есть небольшая разница, он находится в критической точке.
Но по сравнению со свинцовым металлом, у него есть свои уникальные преимущества.
Во-первых, это вес, он легче свинца.
При одинаковом объеме защитный материал, изготовленный из ""кристаллического эрбий-цирконата"", весит примерно в пять раз меньше свинца.
Во-вторых, это долговечность.
Благодаря атомной циркуляции, при одинаковой интенсивности излучения защитный материал, изготовленный из кристаллического эрбий-цирконата, определенно прослужит дольше, чем защитный материал с примесью свинцового металла.
Использование энергии излучения для самовосстановления границ зерен может способствовать поддержанию атомной циркуляции кристаллического эрбий-цирконата в течение длительного времени.
И хотя свинцовый металл может противостоять ядерному излучению благодаря своей плотности, как только внутренняя граница зерен свинца будет разрушена, это вызовет цепную реакцию, приводящую к обрушению границ зерен.
Время, необходимое для испытаний на радиационную стойкость, можно сказать, очень велико, а можно сказать, очень мало.
Длительные испытания на стойкость требуют не менее десяти или пятнадцати дней для построения кривой излучения и кривой изменения материала, чтобы можно было относительно точно определить предел этого материала.
А испытания на стойкость к интенсивности излучения в этом не нуждаются.
С помощью приборов и оборудования создаются сильные источники излучения различной интенсивности, и интенсивность энергии излучения постепенно увеличивается, чтобы определить, где находится предел этого материала.
Такого рода испытания можно завершить за одно утро.
Что касается Сюй Чуаня, то он сам создал материал и прекрасно знал его предел.
Испытания на стойкость к интенсивности излучения он начал непосредственно с интенсивности 2 Гр·ч-1, этот стандарт является нижним пределом для высокоактивных ядерных отходов.
Ниже этого значения ядерные отходы относятся к категории среднеактивных ядерных отходов, а выше этого стандарта - к самым сложным в обращении высокоактивным ядерным отходам.
Чем больше значение, тем выше интенсивность излучения.
Если он не выдержит даже этот стандарт, как его можно использовать для обращения с ядерными отходами?
Конечно, испытания на стойкость к интенсивности излучения не оцениваются исключительно по показателю интенсивности излучения.
Есть также толщина материала, время воздействия и другие аспекты.
Ведь любой материал, даже вода или воздух, обладает определенной радиационной стойкостью.
Обычный бетон, если его толщина превышает полтора метра, также может изолировать большую часть ядерного излучения.
После взрыва на Чернобыльской АЭС тогдашний Красный Союз использовал толстый плотный бетон для строительства цементного саркофага вокруг четвертого реактора в качестве защитной оболочки.
Но недостатки также огромны: при сильном облучении ядерными отходами обычный бетон, даже если его толщина достигает двух-трех метров, имеет срок службы всего двадцать-тридцать лет.
Нынешний саркофаг под Чернобылем был фактически перестроен в 2011 году.
Предыдущий саркофаг, построенный Красным Союзом, за двадцать лет был изъеден почти двумястами тоннами высокоактивных ядерных отходов.
Поэтому говорить о стойкости, отбрасывая толщину материала, время воздействия и тому подобное, - очень ненадежно.
Это все равно, что говорить о токсичности, не учитывая дозу.
Например, бананы содержат радиоактивный элемент ""калий-40"", который может испускать ионизирующее излучение, но потребуется около пятидесяти миллионов бананов, чтобы набрать дозу радиации, способную убить человека.
А до этого вы, вероятно, уже умрете от переедания или от дисбаланса калия.
Однако на этой основе, чем тоньше материал и чем выше интенсивность излучения, которому он противостоит, тем лучше характеристики этого материала.
Что касается защитного материала, изготовленного из "кристаллического эрбий-цирконата", то требование Сюй Чуаня заключается в том, чтобы при толщине в два сантиметра он обладал способностью противостоять высокоактивным ядерным отходам.
Только достигнув этого стандарта, он сможет широко применяться в различных ядерных и аэрокосмических проектах и иметь соответствующую ценность.
Под руководством Хань Цзиня первый раунд испытаний на стойкость к интенсивности излучения 2 Гр·ч-1 занял около часа, всего было проведено пять групп испытаний.
Сюй Чуань просматривал данные испытаний, и структура сопротивления, представленная на них, вызвала улыбку на его лице.
Судя по текущей структуре проверки, испытания на стойкость к интенсивности излучения были весьма удовлетворительными.
Защитные материалы из "кристаллического эрбий-цирконата" различной формы и толщины при воздействии имитированного ядерного излучения одинаковой интенсивности продемонстрировали высокую стабильность и коэффициент экранирования α-излучения, β-излучения, γ-излучения, рентгеновского излучения и нейтронного излучения.
В различных условиях облучения защитный материал из "кристаллического эрбий-цирконата" при толщине в один сантиметр достиг 100% коэффициента экранирования α- и β-излучения.
Средний коэффициент экранирования γ-излучения и рентгеновского излучения достиг 90,4%; частота нейтронного излучения достигла 84,5%; коэффициент экранирования гамма-излучения достиг 60,3%.
Пятьдесят сантиметров против одного сантиметра - достаточно, чтобы показать его экранирующие характеристики. Но самое главное - это скорость потери границ зерен.
В течение тридцатиминутного испытания на стойкость к интенсивности излучения, даже защитный материал толщиной в один сантиметр, при воздействии излучения интенсивностью 2 Гр·ч-1 в течение более тридцати минут, внутренние границы зерен не претерпели значительных повреждений.
Если принять целостность границ зерен материала за 100, то после первого раунда испытаний целостность границ зерен первой партии защитных материалов из "кристаллического эрбий-цирконата" во всех пяти группах экспериментов снизилась лишь на 0,00032, 0,00019, 0,00028, 0,00018.
Средняя скорость разрушения границ зерен оставалась на уровне около двух десятитысячных, что примерно на пять десятитысячных ниже, чем у защитного материала, изготовленного в США в прошлой жизни.
Улучшение не очень большое, но некоторые не очень сложные изменения, приводящие к определенному повышению производительности, - это здорово.
На самом деле, значение целостности границ зерен в две десятитысячных уже довольно низкое.
Следует понимать, что он подвергается ионизирующему излучению уровня высокоактивных ядерных отходов.
Если человек подвергнется воздействию имитированного излучения такой интенсивности, то в течение часа у него начнется кровотечение из всех отверстий, и он умрет, что показывает, насколько ужасно ядерное излучение такой интенсивности.
Но защитный материал из "кристаллического эрбий-цирконата" при воздействии имитированного ядерного излучения такой интенсивности имеет повреждение границ зерен всего в две десятитысячных.
Хотя со временем это число будет увеличиваться, самовосстанавливающиеся свойства защитного материала из "кристаллического эрбий-цирконата" в конечном итоге позволят ему поддерживать динамический баланс.
"Невероятно, что при воздействии имитированного ядерного излучения интенсивностью 2 Гр·ч-1 в течение получаса степень разрушения границ зерен кристаллического эрбий-цирконатного материала составляет менее двух десятитысячных. Это число уже намного ниже, чем у керамических материалов, используемых для хранения ядерных отходов".
В лаборатории Си Сюэбо, держа в руках результаты испытаний, широко раскрыл глаза.
Данные, записанные в результатах эксперимента, и продемонстрированные характеристики заставили его усомниться.
Не говоря уже о коэффициенте экранирования излучения, хотя он и превосходен, но все же отличается от лучших материалов, таких как свинец.
Важна скорость разрушения границ зерен, которая является ключом к тому, как долго материал сопротивления может сохранять свою стабильность при воздействии высокоинтенсивного ядерного излучения.
Сильные ионизирующие свойства ядерного излучения могут ионизировать все материалы, с которыми оно контактирует, что приводит к различным проблемам с самим материалом.
Если собственная стабильность недостаточно сильна, то даже если коэффициент экранирования излучения этого материала превосходен, его нельзя будет использовать в промышленности.
И согласно данным, приведенным в результатах испытаний, кристаллический эрбий-цирконатный материал может выдерживать имитированное ядерное излучение интенсивностью 2 Гр·ч-1 более ста дней.
Это просто перевернуло его представление о материалах сопротивления.
Не смотрите на то, что сто дней - это короткий срок, нужно учитывать, с какой интенсивностью излучения приходится иметь дело.
Как исследователь в области ядерной энергетики, он имеет четкое представление о материалах радиационной защиты.
Будь то экранирующий материал, изготовленный из свинца, или цемент для защиты от ядерного излучения, или резина, все они будут демонстрировать различные повреждения при контакте с высокоактивными ядерными отходами.
По его расчетам, свинцовая пластина толщиной в полсантиметра при воздействии имитированного ядерного излучения интенсивностью 2 Гр·ч-1 имеет скорость потери границ зерен около одной десятитысячной.
То есть примерно через двести дней свинцовая пластина потеряет свой защитный эффект.
Учитывая, что чем тоньше свинцовая пластина, тем слабее эффект защиты и экранирования, время защиты еще больше сократится.
А этот кристаллический эрбий-цирконатный материал - нет, хотя, судя по текущим данным, он может продержаться только сто дней. Но самая главная теория атомной циркуляции позволит границам зерен перестроиться, и сто дней - это далеко не предел.
Другими словами, если скорость перестройки границ зерен сможет идти в ногу со скоростью разрушения, то он сможет поддерживаться вечно, навсегда запечатывая ядерные отходы.
Конечно, это только в теории.
На самом деле из-за различных внешних помех перестройка границ зерен не может быть бесконечным циклом, но ценность, которую он демонстрирует на данный момент, уже намного превосходит традиционные материалы радиационной защиты.
Глядя на Сюй Чуаня, стоящего в стороне с невозмутимым видом, Си Сюэбо был полон восхищения в глазах.
Такова сила лауреата Нобелевской премии? Даже переходя в другую область, в материаловедение, он может легко разрушить границы.
Если бы он сам разработал этот материал, то, вероятно, уже прыгал бы от радости, но Сюй Чуань оставался спокойным, как будто это было всего лишь незначительное дело.
Получив результаты первого раунда испытаний на стойкость к интенсивности излучения, Сюй Чуань сжимал в руке результаты с улыбкой на лице.
Как он и ожидал, модифицированный и оптимизированный материал "кристаллический эрбий-цирконат" продемонстрировал более высокие характеристики с точки зрения радиационной стойкости или радиационной стабильности.
Показатель потери границ зерен в две десятитысячных в первом раунде испытаний - лучшее тому доказательство.
Ядерное излучение, этот острый ионный скальпель, встретил щит, способный его сдержать.
Если использовать оптимизированный материал "кристаллический эрбий-цирконат" для изготовления контейнеров для хранения, то при отсутствии других помех ядерные отходы смогут храниться не менее ста тысяч лет.
По истечении этого времени ядерные отходы перестанут быть сильно загрязняющими.
Ведь распад атомов с высвобождением опасного излучения тоже занимает время.
Хотя для полного распада некоторых ядерных отходов требуется двести тысяч лет, триста тысяч лет или даже больше, для отработавших топливных стержней на атомных электростанциях в основном достаточно нескольких тысяч лет.
Или, можно сказать, что за несколько тысяч лет их опасность может быть снижена до минимума.
Если бы этот проект был направлен только на разработку нового материала для хранения ядерных отходов, то можно было бы сказать, что на данном этапе он уже увенчался успехом.
Впоследствии, как только оптимизированный материал "кристаллический эрбий-цирконат" пройдет другие испытания, его можно будет использовать для хранения ядерных отходов.
Однако цель Сюй Чуаня - не разработка нового материала для хранения ядерных отходов. А повторное использование ядерных отходов, превращение их из загрязнителя, с которым чрезвычайно трудно обращаться, в новый источник энергии!
Для этой цели успешная разработка материала "кристаллический эрбий-цирконат" - это только первый шаг.
Поручив Хань Цзиню дальнейшие испытания материала "кристаллический эрбий-цирконат", Сюй Чуань вернулся в свою лабораторию с тремя научными сотрудниками.
Для других успешная разработка материала "кристаллический эрбий-цирконат" - это отличная новость, но для него это всего лишь первый шаг.
Впереди его ждет еще много трудностей.
"Си Сюэбо, твоя задача - окислить гадолиниевый материал в среде чистого кислорода, а затем измельчить его в порошок диаметром менее десяти нанометров".
"Лу Шунь, твоя задача - очистить карбид бора, требуемая чистота - более 99,99%".
"Чжоу Чжу, твоя задача..."
В лаборатории Сюй Чуань распределил предварительные подготовительные работы.
Успех материала "кристаллический эрбий-цирконат" доказал, что технология атомной циркуляции применима в условиях высокоинтенсивного ядерного излучения, и следующая задача, естественно, заключалась в разработке прочного защитного костюма, который можно было бы использовать для экспериментов с ядерными отходами, следуя этой идее.