“對,500到600攝氏度,可能等離子破滅發生熱衝擊瞬間溫度會高一點,但這個溫度也不會超過1000攝氏度。”
在仿星器內的真空環境中,溫度傳播主要靠等離子輻照和紅外輻射,並不會出現生活中點一個爐子就算被擋在了,還有空氣流通做爲溫度傳播介質。
“有了前面兩層陶瓷活動夾層的阻擋,示範堆中他們把第一內壁材料換成了碳纖維材料。
碳納米材料在真空環境下熔點溫度高達3000攝氏度,導熱性能更是遠超所有金屬材料,中子穿透性好,抗中子輻照相對其他材料也更優,高能中子輻照造成的損傷憑藉自身材料特效能自我修復......”
“等等,陸教授。”
王院士聽到這裡突然打斷話,問道:“碳材料做第一內壁早在十年前就嘗試過,但因爲碳和氫的相容性不好,會反應形成甲烷,沒多久這個方案就被淘汰了。”
聽到這陸教授的稱呼,陸毅笑了笑,說道:“王院士,十年前採用的碳材料是石墨吧,這個確實不行,會和氫包括氫的各類同位素反應生成甲烷。
不過現在這裡採用的是碳納米管或者石墨烯,用碳纖維塑造成型。
碳納米材料其獨特的物理化學性質在工作溫度不超過1000攝氏度的情況下,並不會如同石墨那樣和氫氣發生反應生成甲烷。”
“陸教授,碳納米材料在這個環境下是不會和氫氣發生反應生成甲烷,但碳納米管或者石墨烯對氫有天然的吸附儲存作用。”
另一位對碳納米材料有所研究的核聚變大咖提出疑問:“如果馬普實驗室按照這個方案進行,這樣從約束磁場離散出來的氚核,亦或者後方鋰包層反應循環的氚元素會被碳納米內壁材料吸附進去,形成更嚴重的氚滯留問題。”
“這個問題其實很簡單,碳納米材料對氫的吸附不是沒有上限的,事先餵飽它就行了。
另外馬普實驗室爲了預防反應堆運行過程中,碳納米材料內的氫元素被氚替換造成反應堆氚元素的損失,他們在鋰包層內除了核聚變鋰增殖包層常使用的6Li材料,還摻雜了一定比例的鋰同位素7Li。
中子和6Li反應產生氦4和氚,而和7Li則是反應產生氦4和氚外加一箇中子。
當然相比較6Li和中子的反應而言,7Li和中子的反應實在太弱了,大機率情況下中子都會10過家門而不入,並不是太適合做核聚變鋰增殖包層。
不過在這個方案中,鋰增殖包層摻雜了一定比例的7Li同位素,就算反應微弱,但能反應一個就是賺一個,正好彌補掉碳納米內壁材料中氚滯留的部分。”
“中子和鋰反應生成的氚和氦都是屬於氣體形態,利用氚氣和氦氣在液態鋰中溶解度幾乎爲零的特性,在對鋰增殖包層施加一定的力使其流動攪拌。
那麼反應生成的氚氣和氦氣就會因密度原因上浮到鋰增殖包層的上面,然後對這些氣體進行回收再注入等離子體反應軌道。
最後在鋰增殖包層後方包上一層鈹氧化物把穿透包層的中子反射回去,隔絕反應堆內的中子放射性,同時也避免中子散逸浪費。
這就是馬普實驗室核聚變示範堆的整個結構設計和運轉原理,整個設計改進很簡單,但我們卻做不到。”
陸毅的話音落下,在場所有人都有些沉默。
他們聽明白了,馬普實驗室的示範堆建造起來,進行幾次試驗調整下設備儀器,那就可以說達到了商業化應用的標準。
畢竟仿星器可控核聚變裝置的難題不多,沒有托克馬克的磁面撕裂,磁島等問題。
解決了氚循環使用的問題,解決了等離子輻照帶來的高溫以及材料變性問題,解決了中子輻照的問題,那接下來的事情無非就是燒開水。
通過燒開水把核聚變產生的能量轉換成電能,在這方面大家都已經有了上百年的經驗,小意思。
想要更高大上,能量利用率高一點,那可以把磁流體發電和燒開水結合起來。
聚變釋放的能量和產生的高能中子在和鋰反應生成氚後剩餘的能量,這些能量用來燒開水,核聚變另一個產物,也就是億攝氏度高溫的氦離子則可以用來磁流體發電。
偏偏這樣的方案和設計只能看不能吃,那個活動陶瓷夾層螺旋環繞等離子體軌道外徑的過程中,活動的穩定性要求很高,要如同絲綢般順滑,不能有太大摩擦和碰撞。
否則掉下來的物質進入到等離子體中會產生極大的污染,輕則核聚變反應停堆毀壞設備儀器,重則整個反應堆會發生爆炸。
在這幾個要求的背後,涉及到的加工精度卻是當前華國的工業水平無法達到的。
“陸陸,我們或許可以使用碳納米材料做第一內壁材料。”
坐在陸毅旁邊的張晴,跟林夢探討了一會兒後,突然說道。
“這個不行。”
會議室一位研究碳材料的專家搖搖頭:“碳納米材料耐熱性和抗輻照性能可以滿足第一內壁需求,但導熱性能太強了。
如果不能如同馬普實驗室那樣先隔絕第一內壁接受的等離子輻照,把溫度控制在鋰沸點溫度以下,直面等離子體產生高溫就會比散熱速度更快的傳導到後面,對包層造成汽化。”
“這個問題可以解決。”
張晴接過林夢建模分析出來的數據結果,自信地說道:“比如在第一內壁的碳納米材料和液鋰增殖包層之間加多一層納米陶瓷材料做溫度緩衝,這樣可以得到更多的散熱時間。”
“納米陶瓷導熱性很差,溫度會在陶瓷層上面積累,隨時間的推移,陶瓷層的溫度還是會超過鋰的沸點溫度。”
這次是王院士提出否決意見,陶瓷材料他在托克馬克上面試驗過,並不行。
“如果是多層呢?”
張晴把左手放在桌面上,右手重疊在上面,神情帶有點飛揚:“碳納米材料——陶瓷層——碳納米材料——陶瓷層這樣的多層複合結構,碳納米材料做快速散熱,陶瓷層做溫度緩衝,空間尺寸的問題,我們可以把單層材料加工的薄一點......”