Глава 547. Технология управляемого термоядерного синтеза второго поколения •
Так называемый управляемый термоядерный синтез, в конечном счете, представляет собой реакцию, в которой два или более легких атомных ядра сливаются в одно или несколько более тяжелых атомных ядер и другие частицы.
За долгое время исследований технологии управляемого термоядерного синтеза, хотя основным направлением был дейтериево-тритиевый синтез, это не означало, что не было других направлений исследований.
Дейтерий-тритий, дейтерий-гелий-3, гелий-3/гелий-3, дейтерий-дейтерий, водород-бор... и т.д. - все это направления исследований.
Основным направлением является дейтериево-тритиевый синтез, только потому, что этот путь теоретически самый простой.
На самом деле, помимо этого, углерод, кислород, кремний, железо, золото, серебро и т.д., все элементы, обнаруженные человечеством на данный момент, теоретически могут подвергаться синтезу.
Но с железом в качестве границы, легкие элементы до железа высвобождают энергию при синтезе.
А железо и элементы после железа требуют поглощения энергии для синтеза.
Причина, по которой звезды во Вселенной могут синтезироваться только до железа, а последующие тяжелые элементы, такие как золото, требуют взрыва сверхновой для образования, заключается именно в этом.
Железо и тяжелые элементы после железа, достигнув определенной массы, под действием гравитации резко сжимаются, высвобождая огромную гравитационную потенциальную энергию, образуя взрыв сверхновой, а затем образуя различные тяжелые элементы.
Конечно, синтез тяжелых элементов - это то, что человеческая цивилизация в настоящее время не может контролировать.
Не говоря уже о синтезе тяжелых элементов, даже синтез гелия-3/гелия-3, если использовать технологию магнитного удержания для контроля, потребует повышения температуры турбулентности плазмы до более чем миллиарда градусов, что далеко не то, что могут сделать нынешние технологии.
Поэтому выбор для технологии миниатюрного управляемого термоядерного синтеза на самом деле невелик.
В кабинете, выслушав вопрос Лян Цюй, Сюй Чуань улыбнулся и сказал: "Из тех видов сырья для синтеза, о которых ты говоришь, на самом деле можно выбрать только два, ты должен знать."
Услышав это, Лян Цюй немного подумал, кивнул и сказал: "Синтез гелия-3/гелия-3 можно сразу исключить, температура, необходимая для чистого синтеза гелия-3, слишком высока, нынешние технологии просто не могут ее контролировать."
"Требования к дейтериево-дейтериевому синтезу также не низкие, хотя теоретически температура, необходимая для чистого дейтериевого синтеза, невысока, но сечение этой реакции синтеза очень мало, и продукты в основном состоят из микроскопических нейтронов, что не соответствует требованию уменьшения размера термоядерного реактора."
"Что касается остальных, то остаются только два последних варианта."
Сюй Чуань с улыбкой кивнул и сказал: "Верно, оставшийся выбор - это только дейтериево-гелиевый-3 синтез и водородно-борный синтез."
Услышав это, Лян Цюй подумал и сказал: "Если просто отбросить влияние нейтронов, то водородно-борный синтез был бы более подходящим, судя по формуле и принципу синтеза, водородно-борный синтез не производит нейтронов, а продукты дейтериево-гелиевого-3 синтеза, хотя и состоят в основном из протонов, но все же производят небольшое количество микроскопических нейтронов."
Сюй Чуань покачал головой и сказал: "По сравнению с водородно-борным синтезом, я больше склоняюсь к дейтериево-гелиевому-3 синтезу."
Услышав это, Лян Цюй с любопытством посмотрел на него и спросил: "Почему?"
Сюй Чуань задумался и сказал: "Хотя водородно-борный синтез является идеальной безнейтронной реакцией синтеза, для его реализации необходимо преодолеть множество технических трудностей."
"И более сильное отталкивание между ядрами водорода и бора-11 требует более высокой температуры и давления, теоретически, они будут выше, чем у дейтериево-гелиевого-3 синтеза."
"Кроме того, водородно-борный синтез не является полностью безнейтронным, твоя теория основана на инерционном удержании синтеза."
"На основе инерционного удержания, при правильном соотношении сырья водорода и бора, нейтроны действительно не образуются. Но мы используем магнитное удержание."
"А на основе магнитного удержания, когда водородно-борная плазма работает в камере реактора, между ядрами водорода также будут происходить столкновения и реакции синтеза, что приведет к образованию небольшого количества нейтронов."
"Этот момент на самом деле такой же, как и у дейтериево-гелиевого-3 синтеза, небольшое количество микроскопических нейтронов, образующихся при дейтериево-гелиевом-3 синтезе, также происходит от столкновения дейтерия с дейтерием."
"Поэтому с точки зрения нейтронов, водородно-борный синтез и дейтериево-гелиевый-3 синтез не имеют большой разницы."
Лян Цюй подумал и сказал: "Тогда, если использовать дейтериево-гелиевый-3 синтез, как решить проблему небольшого количества микронейтронов, образующихся в процессе синтеза?"
"Это нейтроны, образующиеся в результате реакции синтеза, все они несут сильную энергию, нанося огромный ущерб оборудованию и материалам."
Сюй Чуань: "У меня пока нет хорошего решения этой проблемы, посмотрим на данные экспериментов."
"Но теоретически, нейтроны, образующиеся при дейтериево-гелиевом-3 синтезе, очень малы по массе, намного меньше, чем нейтроны, образующиеся при дейтериево-тритиевом синтезе, поэтому требования к защите от них, безусловно, не такие высокие, как у дейтериево-тритиевого синтеза."
"И чем ниже требования, тем меньше материалов мы используем для защиты, и с каждым уменьшением количества материалов освобождается часть пространства."
Помолчав, он продолжил: "И главная причина, по которой я рассматриваю дейтериево-гелиевый-3 синтез, на самом деле не в этом, причина, по которой я рассматриваю его использование, заключается в продуктах синтеза."
"Продуктами водородно-борного синтеза являются гелий и энергия, а продуктами дейтериево-гелиевого-3 синтеза являются гелий и протоны, высокоэнергетические протоны являются основным продуктом дейтериево-гелиевого-3 синтеза, и они также содержат большое количество энергии."
"По сравнению с дейтериево-тритиевым синтезом, где большая часть энергии находится в высокоэнергетических нейтронах, высокоэнергетические протоны не повреждают материалы и оборудование и могут удерживаться магнитным полем, а возможность удержания означает, что мы можем их использовать."
"Поэтому дейтериево-гелиевый-3 синтез гораздо больше подходит для миниатюрных термоядерных реакторов, чем другое сырье."
"Не только технология миниатюрного управляемого термоядерного синтеза, это на самом деле и направление технологии управляемого термоядерного синтеза второго поколения."
"Тритий, используемый в первом поколении дейтериево-тритиевого синтеза, очень мало распространен на Земле, и для самообеспечения тритием используется литий, но запасы лития на Земле также ограничены."
"Если удастся завершить технологию дейтериево-гелиевого-3 синтеза с помощью миниатюрного управляемого термоядерного синтеза, то и последующая разработка Луны также выиграет."
Выбор дейтериево-гелиевого-3 синтеза в качестве основного направления технологии миниатюрного управляемого термоядерного синтеза, разработка Луны также является одной из причин.
Как он сказал в 2018 году во время Нобелевской лекции, только цивилизация, стремящаяся к звездам, имеет достаточный потенциал и будущее.
Услышав слова Сюй Чуаня, Лян Цюй задумчиво подумал, а затем сказал: "Если это так, то наша следующая работа, помимо завершения зажигания и выработки электроэнергии стелларатора, проверки того, что стелларатор также может реализовать технологию управляемого термоядерного синтеза, заключается в проведении экспериментов с дейтерием-гелием-3 в качестве сырья."
Сюй Чуань кивнул и сказал: "Да, следующая основная работа Энергетического института - это эти две части."
"Мне нужно, чтобы вы собрали больше данных о дейтериево-гелиевом-3 синтезе, определили, может ли он быть успешным, и насколько разрушительны образующиеся небольшие количества микронейтронов."
Услышав это, Лян Цюй глубоко вздохнул и серьезно кивнул: "Понятно, тогда следующие направления - это эти два больших блока."
Сюй Чуань с улыбкой сказал: "Тогда я оставляю это вам, спасибо за труд."
Лян Цюй усмехнулся: "Какой труд, самая трудная и сложная часть уже решена тобой, академик Сюй, а мы делаем только то, что продолжаем двигаться вперед на основе предоставленных тобой идей."
Помолчав, он продолжил: "Тогда на сегодня все, я пойду организовывать и корректировать план работы."
"А развитие технологии миниатюрного управляемого термоядерного синтеза я оставляю тебе и Энергетическому институту."
Лян Цюй снова глубоко вздохнул, торжественно кивнул и ответил: "Будьте уверены, академик Сюй, Энергетический институт обязательно выполнит работу."
Лян Цюй ушел, Сюй Чуань с улыбкой покачал головой, собрал черновики на столе и продолжил свой проект.
Технология миниатюрного управляемого термоядерного синтеза очень важна, но это не значит, что он может посвятить ей все свое время.
Для развития аэрокосмической отрасли и исследования пилотируемой лунной программы, технология миниатюрного управляемого термоядерного синтеза является лишь одной из частей.
Человек не может ходить на одной ноге, это не называется ходьбой, это называется прыжками.
А если много прыгать, то легко упасть.
Для сравнения, проектирование аэрокосмического двигателя также стоит того, чтобы он вложил в него свое время.
Эти две технологии, если любая из них появится отдельно, не смогут сильно изменить аэрокосмическую технологию, но если они появятся вместе, то они напрямую перевернут всю аэрокосмическую отрасль.
И даже напрямую перевернут структуру всего мира.
В конце концов, правило этого мира таково: как бы ни развивались технологии, тот, у кого кулак больше, тот и владеет истиной.
Передав развитие технологии миниатюрного управляемого термоядерного синтеза Энергетическому институту, Сюй Чуань больше не вмешивался.
Технология стелларатора с постоянными магнитами, над которой он работал, заняла у него целую неделю, чтобы завершить концепцию, и материалы были немедленно отправлены в Китайскую акционерную компанию по термоядерной энергии и электроэнергии, то есть на проект демонстрационного реактора Рассвет, для проверки и последующей корректировки через суперкомпьютерный центр.
Эта часть работы также не терпит спешки, и для ее завершения требуется относительно много времени.
В конце концов, речь идет о термоядерном реакторе, и если в концепции и конструкции реактора возникнут проблемы, то последствия будут невообразимыми.
В лучшем случае произойдет авария при эксперименте с работой плазмы, в худшем - взрыв термоядерного реактора, что тоже не исключено.
Поэтому, закончив свою работу, Сюй Чуань не спешил, передав оставшиеся дела суперкомпьютерному центру, он отправился в Аэрокосмический исследовательский институт.
Аэрокосмический двигатель также был объектом его пристального внимания.
В институте Сюй Чуань нашел Вэн Юньцзуна, который занимался своими делами.
В отличие от сотрудников трех других исследовательских институтов, руководитель Аэрокосмического исследовательского института Вэн Юньцзун был переведен из аэрокосмического исследовательского учреждения в Чэнду.
Не только руководитель, но и многие исследователи Аэрокосмического исследовательского института были переведены или переманены из аэрокосмической базы в Чэнду и аэрокосмического исследовательского института в Цзюцюане.
В кабинете, увидев Сюй Чуаня, который постучал в дверь и вошел, Вэн Юньцзун был ошеломлен, а затем с улыбкой встал, чтобы поприветствовать его.
"Академик Сюй, вы пришли."
Сюй Чуань с улыбкой сказал: "В последнее время я был занят другими делами и не часто бывал здесь, расскажите мне о конкретной ситуации с исследованием аэрокосмического двигателя."
Вэн Юньцзун кивнул и с улыбкой сказал: "Нет проблем."
Ответив, он подозвал помощника, чтобы тот заварил две чашки чая, лично поднес одну чашку Сюй Чуаню и с улыбкой сказал: "Что касается конструкции аэрокосмического двигателя, то на данный момент все идет довольно гладко."
"Благодаря идеям, которые вы, академик Сюй, предоставили ранее, мы уже завершили общий дизайн-проект, хотите взглянуть?"
Услышав это, в глазах Сюй Чуаня промелькнули любопытство и интерес, он быстро кивнул и с некоторым удивлением спросил: "Так быстро?"
Хотя он и знал, что исследовательские институты в стране, имея идеи и теоретическую основу, обладают сильными способностями к расширению, но то, что они смогли так быстро разработать конструкцию аэрокосмического двигателя, все же удивляло.
В конце концов, это совершенно новая конструкция двигателя, не зависящая от системы электромагнитного движения, и ее прочность, электромагнитное движение, тяга, конструкция и другие аспекты требуют перепроектирования и перестройки.
А проектирование аэрокосмического двигателя, даже если теория уже завершена, его сложность все равно часто требует чрезвычайно долгого времени для решения.
Строго говоря, разработка совершенно нового двигателя занимает неизвестно сколько времени, потому что требуется много предварительных фундаментальных исследований и преодоление ключевых технологий.
Если считать только с момента утверждения проекта, то, по оценкам, не менее десяти лет. Если все технологии готовы, то на выпуск продукта также уйдет около десяти лет.
Например, турбовентиляторный двигатель F119, установленный на истребителях F-22, F-35 и других в США, от разработки до проектирования прошел целых восемь лет.
Конечно, конструкция аэрокосмического двигателя далеко не так сложна.
С одной стороны, у него есть теоретическая основа и предшественники, и его можно модифицировать с помощью двигателя Холла и электромагнитного двигателя.
С другой стороны, у него нет требований к маневренности, ловкости, высокой скрытности, сверхзвуковой крейсерской скорости и способности к короткому взлету и посадке, которые предъявляются к истребителям.
В конце концов, его основное предназначение на данный момент - это космический челнок, и единственное требование - это достаточно большая тяга.
При отсутствии этих строгих требований проектирование чертежей, естественно, стало намного проще.
Но то, что его смогли сделать всего за несколько месяцев, все равно удивляет.
Вэн Юньцзун с улыбкой сказал: "С одной стороны, мы переманили много талантов из различных аэрокосмических агентств, а с другой стороны, академик Ян Хун оказал большую помощь."
"Академик Ян Хун предоставил много информации и подробных данных о двигателе Холла на Тяньгуне, что значительно упростило нашу работу по проектированию."
Сюй Чуань кивнул и сказал: "Это, конечно, доставило хлопоты академику Яну, пойдемте посмотрим на чертежи."
Академик Ян Хун является главным конструктором космической станции Тяньгун, и направление и конструкция аэрокосмического двигателя были обсуждены с ним.
Вэн Юньцзун кивнул и встал: "Действительно, академик Ян доставил немало хлопот, он отказался от вознаграждения, которое ему предложил институт."
Сюй Чуань с улыбкой сказал: "Я разговаривал с академиком Яном ранее, и если наш аэрокосмический двигатель будет создан, он надеется, что он будет первым применен на его космической станции."
Вэн Юньцзун удивленно "О"кнул, кивнул и с улыбкой сказал: "Вот оно что."
Он раньше удивлялся, почему главный конструктор космической станции Тяньгун так заботится об их проекте аэрокосмического двигателя, оказывается, дело в этом.
Честно говоря, в нынешней академической среде в стране, уже хорошо, если с тобой могут чем-то поделиться, а чтобы кто-то, как академик Ян, бесплатно предоставлял различные материалы и технологии, без красной печати и мечтать нечего.