第0177章 几乎无解的高能环境
很多人小时候都玩过一个游戏。 过年的时候将鞭炮点燃，然后用一个盆盖住鞭炮，但鞭炮炸的情况。 简单的说，聚变堆就和这差不多，而第一壁材料，就是那个盆。 第一壁材料有两个核心问题，高能中子辐照和以及高通量氘氚(等离子体轰击。 在高能中子辐照方面。 目前研究的基本上是最容易实现的D-T聚变：每个D-T聚变都会产生一个14.1MeV的中子。由于中子不带电，无法用磁场约束，会直接轰击到第一壁材料上产生损伤。 每个D-T聚变都会产生一个14.1MeV的中子。由于中子不带电，无法用磁场约束，会直接轰击到第一壁材料上产生损伤。 14.1MeV是个很大很大的能量，要知道材料中束缚原子的都是各种化学键，其键能大约在1-10eV之间。 也就是说，一个14.1MeV的中子所携带的能量，足以破坏成百上万个普通的化学键，这无疑会对材料造成难以恢复的损伤。 在聚变堆李，高能中子就像一颗颗射向材料的子弹，不断的撞击金属原子，打断其周围的化学键，迫使原子离开原来的位置，从而破坏整的原子排布。 原子被击跑了，原来的地方自然就留下一个空位，一个个这样的坑在材料内部积累聚集起来，就变成了大的孔洞。 另外，被击跑的原子并不会小时，而是会通过各种方式扩散到材料表面上去。原子不断的从中心往表面转移，材料就慢慢的像空心泡沫一样肿胀起来，这种尺寸的变化对正常服役的材料是致命的。 除了辐照肿胀，中子辐照在材料中产生大量缺陷也会影响材料的力学性能，使得材料变硬、变脆、更容易断裂，从而影响聚变堆的安全运行。 中子还会和材料进行核反应，改变材料的元素组成，例如金属W就会变成Re、Os、Hf、Ta。 时间一长，材料的组成会变得和开始时完全不一样，这对材料的影响也是非常大的。 中子辐照问题虽然在裂变堆中也有，但裂变堆的中子无论是能量还是通量上都要比聚变堆低很多，因此裂变堆材料的技术也无法直接移植到聚变堆中。 而在高通量氘氚等离子轰击方面。 聚变堆对D-T等离子的约束也并不完美，反应堆中会有大量的D-T离子轰向第一壁材料。由于T燃料价格十分的昂贵，上亿人民币一公斤，因此在聚变堆中都是通过中子和锂反应来进行循环利用的。 为了避免T呆在材料中不出来，第一壁采用的是金属中对氢亲和力最弱的钨。T进入钨中后难以和材料本身有效结合，只好重新跑出来，继续参与聚变。 虽然钨本身不和T结合，但中子辐照会产生的空洞对T的吸引力却非常强，T一旦跑进孔洞中去就很难出来了。 这就使得T燃料滞留在材料内部，从而破坏上面的T循环，使得T越用越少。 没有T了，自然无法进行聚变。 此外，作为气体氢的同位素，D-T在进入材料孔洞中后会形成气体分子。这些气体分子挤在有限的空间内，会形成十分高的压强，从而挤出氢气泡，使材料进一步开裂，造成严重的破坏。 裂变堆中基本上没有D-T问题，这个问题对于聚变堆材料来说是全新的，目前对于该问题的研究尚处于研究阶段。 就连基础研究的科学现象都还没有得到解释。 距离研发出商用聚变堆材料还有很长的路要走，别问，问就是商用五十年往后。 另外还有其他困难。 聚变堆中的服役环境是极端严苛的，这意味着做相关实验的难度也十分的大。 例如。 研究聚变堆材料，显然需要进行中子辐照实验，但这个星球上的中子源是十分稀缺的，做一次中子辐照实验不仅耗资巨大，还可能耗费数年的时间来积累足够的中子损伤。 当前文献中能够找到的中子辐照数据屈指可数，这对新材料的研发显然是不利的。 现在研究聚变中子辐照，往往采用的是离子辐照来类比，但依然很贵！ 而且离子还带电，在材料中的穿透深度很浅，只集中在材料表面的几个微米内；而中子往往能够穿透整个材料，引起均匀的辐照损伤。 因此，离子辐照的结果能有多少能用于中子辐照还真不好说。 另一个研究思路则是利用超级计算机，直接在虚拟世界中模拟中子辐照对材料的损伤，但也是很多研究所在做的事情。 但这个思路也面临着极大的挑战。 要在计算机中构建一个模型，其时间尺度横跨飞秒到年，空间尺度从埃米到厘米，中间几十个数量级的差别犹如天堑。 没有任何超算能够精准的模拟这一过程，现在只有用各种‘真空中的球形鸡’来简化模型。 “怎么？能不能腾出时间来？”田教授继续鼓动慕景池，“你那个准点下班回家的习惯可以改一改，晚回去两三四个小时也没事。” 慕景池摇摇头，还是拒绝了。 第一壁材料对现在的慕景池而言，这几乎无解。 这种高能环境下任何材料结构都被打烂了，如果现在的均质材料都不行，那基本上没辙。材料科学本来就是在材料微观结构上想办法，这微观结构都被打碎了，再牛逼的工艺也不好使啊！ 就算慕景池得到未来的相关知识，也没有核聚变商用的相关信息。 要么是未来也没有突破核聚变的问题，要么萃取的知识有局限，并没有被收录到核聚变的相关知识。 以现在的慕景池来看，这个问题不是单纯的材料能够解决的。需要材料、数学、物理、计算机等等领域的通力合作才能完成的。 不论是托卡马克，还是仿星堆，亦或者是原理不同的NIF，三阿尔法能源的聚变堆，都不可能绕开这个第一壁。 “您还是另寻高明吧！”慕景池摇摇头，“我没什么时间和精力，也没那个能耐去搞着这第一壁材料研究。”