Глава 391. Материал первой стенки •
Выслушав Сюй Чуаня, все задумались.
В настоящее время, будь то в Китае, США, Европейском союзе или других странах, в качестве материала первой стенки камеры реактора управляемого ядерного синтеза в основном рассматриваются металлы и сплавы.
Первая стенка - это внутренняя стенка устройства, которая должна непосредственно противостоять тепловому излучению ядерного реактора и высокотемпературному потоку частиц.
В то же время, чтобы иметь возможность использовать реакцию ядерного синтеза для выработки электроэнергии, необходимо преобразовывать тепловое излучение и ионный поток, возникающие в результате ядерного синтеза, в электрическую энергию, и это устройство, преобразующее тепловое излучение и поток частиц в электрическую энергию, также должно быть защищено первой стенкой.
Помимо радиации нейтронного пучка, воздействия различных высокоэнергетических частиц, таких как дейтерий, тритий и гелий, материал первой стенки должен выдерживать высокие температуры.
Хотя высокотемпературная дейтериево-тритиевая плазма в камере реактора удерживается магнитным полем и не контактирует с материалом первой стенки, материал первой стенки все равно подвергается воздействию высоких температур в несколько тысяч градусов.
Не каждый материал может выдержать такую высокую температуру, и по сравнению с другими материалами свойства металлических материалов, несомненно, более подходящие.
Это основная причина, по которой в настоящее время основным материалом первой стенки являются металлы и сплавы.
Но сейчас человек перед ними говорит им, что вместо того, чтобы искать материал сопротивления среди металлических материалов, лучше обратить внимание на другие материалы.
Это заставило всех задуматься.
Немного подумав, профессор материаловедения Син Сюэсин из Университета Цинхуа поднял голову и спросил: "Если исключить металлы, то выбор материалов не так уж велик."
"Несколько месяцев назад я участвовал в международной конференции по обмену материалами в Европе, и на конференции я разговаривал с людьми о материалах первой стенки для управляемого ядерного синтеза. Похоже, что в Европе изучают возможность использования керамических материалов в качестве материала первой стенки."
"И есть некоторые исследовательские институты в мире, которые с оптимизмом смотрят на использование нанокерамических материалов, это новый путь. Может быть, и нам стоит попробовать?"
Сюй Чуань покачал головой: "Боюсь, что керамика тоже не подойдет."
"Хотя жаростойкость и стойкость керамических материалов к нейтронному излучению довольно хороши, и их можно использовать, теплопроводность керамики слишком низкая. Если не удастся отвести тепло, накапливающееся на первой стенке, из реактора, в конечном итоге возникнут проблемы."
"Как насчет графена или углеродных наноматериалов?" - спросил Чжао Гуангуй, немного подумав. "Если рассматривать с точки зрения термостойкости, углеродные материалы в бескислородной среде могут достигать температуры выше трех тысяч пятисот градусов, превосходя большинство металлических материалов."
"В то же время, некоторые углеродные материалы также обладают хорошей теплопроводностью, например, графен, теплопроводность графена очень высока, что способствует отводу тепла с поверхности."
"Я просмотрел соответствующую литературу, и использование углеродного волокна вместо сплавов вольфрама и молибдена является технологическим направлением в области международного управляемого ядерного синтеза, которое считается столь же перспективным, как и нанокерамика."
"Некоторые исследовательские институты даже начали пытаться использовать углеродные наноматериалы для замены части металлических материалов в качестве внутренней структуры первой стенки."
Сюй Чуань немного подумал и ответил: "Углеродные материалы можно рассмотреть."
"Ты прав, при отсутствии контакта с воздухом и окислителями некоторые углеродные материалы могут выдерживать температуру выше трех тысяч градусов. С точки зрения термостойкости углеродные материалы могут сравниться с вольфрамом по температуре плавления, что соответствует требованиям к материалу первой стенки."
"Но если применять углеродные материалы в реакторе управляемого ядерного синтеза, то у них есть один существенный недостаток при высоких температурах."
Услышав это, все остальные посмотрели на него.
Сюй Чуань улыбнулся и продолжил: "Не забывайте, что основным топливом для D-T управляемого ядерного синтеза являются дейтерий и тритий, оба они являются изотопами водорода и обладают химическими свойствами водорода."
"Высокотемпературная плазма этих двух веществ при столкновении с углеродным материалом легко поглощается углеродом. Помимо адсорбции, происходит и химическая реакция, превращающая углерод в органическое вещество."
"Это не только изменит свойства материала, повлияв на характеристики первой стенки, но и израсходует топливо для ядерного синтеза, снизив эффективность ядерного синтеза. Особенно нежелательно поглощение дорогостоящего и радиоактивного трития."
"Ведь трития и так не хватает, он дефицитен, и если он еще и будет поглощаться материалом первой стенки, у нас будут большие проблемы."
"Однако углеродные наноматериалы действительно можно рассмотреть. Если отбросить этот существенный недостаток, то теоретически углеродные наноматериалы очень подходят."
Помолчав, Сюй Чуань поднял голову, посмотрел на Чжао Гуангуя и с улыбкой сказал: "Что касается того, как решить этот недостаток, то этот вопрос я оставляю профессору Чжао."
"В дальнейшем профессор Чжао, вы возглавите небольшую группу, которая займется этим вопросом. Возможно, это перспективный путь."
Услышав это, Чжао Гуангуй опешил, но затем на его лице отразилась радость и возбуждение: "Я сделаю все возможное!"
Возможность возглавить проектную группу в таком суперпроекте, как управляемый ядерный синтез, - это огромная удача.
С таким опытом, куда бы он ни пошел работать, его будут рвать на части.
И, занимаясь здесь исследованиями, не нужно беспокоиться о финансировании исследований.
Конечно, это не означает, что он может бездумно тратить средства или класть их себе в карман, но, по крайней мере, в плане исследований, проб и ошибок, изучения новых направлений не нужно беспокоиться о том, что финансирование будет прервано из-за отсутствия результатов в течение длительного времени.
В академических кругах большинство людей все же руководствуются чувствами и мечтами.
Кто не хочет опубликовать несколько статей в ведущих журналах SCI? Кто не хочет сделать исследовательский результат, который войдет в историю?
Сюй Чуань не обратил на это особого внимания, улыбнулся и подбодрил: "Давай, работай усердно. Даже если этот путь не удастся разведать, я надеюсь, что ты сможешь найти что-то полезное в углеродных наноматериалах."
В стороне Чжао Хунчжи с любопытством спросил: "Академик Сюй, если не считать нанокерамики и углеродных наноматериалов, каков ваш выбор?"
Услышав это, все остальные тоже посмотрели на него, интересуясь, каков же выбор Сюй Чуаня.
Ведь после того, как этот большой человек отверг металлические материалы, нанокерамику и углеродные наноматериалы, выбор материала для первой стенки практически иссяк.
Сюй Чуань улыбнулся и сказал: "Честно говоря, у меня нет подходящего варианта материала, но я могу придумать, как решить проблему с другими видами излучения, кроме нейтронного."
"????"
Многие в лаборатории были в недоумении, но вскоре некоторые сообразили.
Профессор материаловедения Син Сюэсин из Университета Цинхуа с интересом спросил: "Это технология "преобразования энергии β-излучения ядерной энергии в электрическую", которую академик Сюй использовал для выработки электроэнергии из ядерных отходов два года назад?"
Перед тем как присоединиться к проекту управляемого ядерного синтеза "Цися", он немного изучил этого молодого человека.
Если отбросить его достижения в области математики, физики и астрономии, то достижения этого человека в области материаловедения можно назвать вершиной в стране.
Другие, возможно, не особо это ощущают, ведь такие звания, как Нобелевская премия, премия Филдса, семь задач тысячелетия в области теории, слишком громкие.
Но как он, работающий в области ядерных материалов, мог не обратить внимания на технологию, способную решить проблему ядерных отходов?
Ядерные отходы - это проблема мирового уровня, и с тех пор, как ядерная энергия стала использоваться, ядерная радиация стала огромной головной болью для всех стран.
Если бы не чудо, сотворенное этим человеком два года назад, Китай, вероятно, до сих пор ломал бы голову над тем, как справиться с растущим количеством ядерных отходов.
Конечно, он знал только о том, что существует такая технология, способная решить проблему радиации, но не знал, как именно она работает.
Ведь это ядро технологии "механизма преобразования энергии β-излучения ядерной энергии в электрическую", строго засекреченная информация.
Услышав слова профессора Син Сюэсина, Сюй Чуань слегка улыбнулся и кивнул: "Верно. В технологии "механизма преобразования энергии β-излучения ядерной энергии в электрическую" есть специальная технология конструирования материалов, называемая "атомным циклом"."
"Вред различных видов излучения заключается в их сверхсильной ионизирующей способности, которая может разрушать границы зерен, структуру и другие свойства традиционных материалов, что приводит к охрупчиванию, ослаблению и потере свойств материалов."
"Но что, если бы существовал материал, скорость восстановления границ зерен которого могла бы идти в ногу с ионизирующей способностью ядерного излучения? Означало бы это, что он может идеально блокировать различные виды излучения?"
"Технология "атомного цикла" основана на этой теории."
"Материалы, созданные с помощью этой технологии, могут быстро самовосстанавливаться после радиационного повреждения и ионизации границ зерен, вновь затвердевая в стабильную структуру границ зерен."
"Я думаю, что если найти подходящий материал и затем сконструировать его с помощью этой технологии, то он должен быть способен выступать в качестве материала первой стенки, противостоя различным видам излучения и высокоэнергетическим частицам высокотемпературной плазмы."
Три года назад, когда он вернулся в Китай, он уже думал о том, каким путем идти в области управляемого ядерного синтеза.
Первый проект, за который он взялся после возвращения в Китай, с одной стороны, действительно решил проблему ядерных отходов, а с другой стороны, возможно, проложил путь к управляемому ядерному синтезу.
Теоретически, технологии "атомного цикла" и "радиационной кристаллической структуры" отлично подходят для использования в первой стенке камеры реактора управляемого ядерного синтеза.
Син Сюэсин с интересом подумал и сказал: "Я ранее изучал некоторые материалы по ядерным отходам, и теоретически, материалы, способные справиться с проблемой радиации высококонцентрированных ядерных отходов, должны быть пригодны для использования в первой стенке."
"Конечно, нужно учитывать выбор материалов, синтезированных с помощью технологии, о которой вы говорите. По крайней мере, нужно обратить внимание на температуру, сопротивление ударам частиц и другие аспекты."
Помолчав, Син Сюэсин с любопытством спросил: "Излучение и воздействие высокоэнергетических частиц можно поглотить и решить проблему, а как насчет пучка нейтронов и нейтронного облучения?"
"Нужно понимать, что самая большая проблема, с которой сталкивается материал первой стенки, - это нейтронное облучение. Нейтронное облучение, несущее сильную энергию, может разрушить структуру всех материалов и даже вызвать образование полостей, что приведет к общему набуханию, охрупчиванию и другим проблемам материала первой стенки."
"Я думаю, что ваша технология не сможет поглощать нейтроны? По крайней мере, масштабное поглощение невозможно."
"Ведь нейтроны все еще полезны в управляемом ядерном синтезе, и если их поглотить, то самообеспечение тритием будет невозможно."
"Так как же вы собираетесь обращаться с нейтронами?"