大國院士 作品
第三百九十一章：好消息和壞消息
“它的主要來源是氘氚原子核聚變時產生的能量推動，每個氘氚原子核聚變都會產生一個14.1mev的中子，這部分在高能物理上是註定的，而降低溫度只是消減了一部分外力而已。”
趙鴻志點了點頭，道：“嗯，從這方面來看，降低溫度從而減小中子對第一壁材料的破壞基本不大可能了。”
“而從中子輻照後的材料分析數據來看，鉬、鎢、石墨烯這些材料在第一階梯，受中子輻照的影響較小，奧式鋼、陶瓷這些在第二階梯、其他的更差。”
一旁，水木大學的邢學興教授搖搖頭道：“鉬不行，這個水木那邊之前有做過研究，鉬在接受中子輻照的時候會嬗變成放射性元素。至於鉬合金的話，就需要更多的嘗試了。”
“倒是鎢，鎢合金可能還有點希望。目前iter和eAst那邊的第一壁材料都採用的鎢合金，耐熱性能不錯，嬗變產物是鋨和錸，不存在放射性問題。”
徐川搖了搖頭，道：“鎢大概也行不通。”
“鎢的耐熱性和嬗變產物都沒什麼問題，但是它的物理塑性和熱膨脹係數的差異，以及熱應力的積累等問題，會導致材料內部產生裂紋。”
“這對於可控核聚變反應堆來說是致命的。”
聽到徐川否決鎢合金，實驗室中又陷入了沉默。
第一壁的材料問題的確很麻煩，麻煩到目前全世界都找不出來一種合適的。
畢竟在可控聚變堆中，第一壁材料受到等離子體中發射出來的高能中子、電磁輻射和高能粒子(氘氚氦和其他雜質)的強烈作用。
一個商用的託卡馬克反應堆，理論上來說，一般中子壁負荷至少要達到5mw/m2以上。
中子壁負荷是一個與聚變堆的功率密度有關的設計指標，數值上等於單位面積的第一壁材料上的聚變中子源強度與中子能量的乘積。
而絕大部分的耐熱材料，在面對這些極端嚴苛的屬性挑戰時，根本就達不到要求。
不過話又說回來，這個問題真要那麼容易解決，也不至於留到現在了。
畢竟可控核聚變是全世界有能力搞都會搞的東西，裡面的各種技術難題，材料問題肯定都討論過無數次了。
盯著電腦顯示屏上的數據，徐川沉思了一會後開口道：“我覺得，第一壁的材料選擇，或許我們要改變一下思路。”
聞言，實驗室中的其他人都看了過來。
趙鴻志問道：“怎麼說？”
徐川思忖了一下，組織了一下語言後開口道：“每個d-t聚變都會產生一個14.1mev的中子。由於中子不帶電，無法用磁場約束，會直接轟擊到第一壁材料上產生損傷。”
“14.1mev是個很大很大的能量，要知道材料中束縛原子的都是各種化學鍵，其鍵能大約在1~10ev之間。”
“也就是說，一個14.1mev的中子所攜帶的能量，足以破壞上百萬個普通的化學鍵，這無疑會對材料造成難以恢復的損傷。”
“而在聚變堆裡，高能中子就像一顆顆射向材料的子彈，不斷的撞擊金屬原子，打斷其周圍的化學鍵，迫使原子離開原來的位置，從而破壞規整的原子排布。”
“如果是單純的要抵抗中子的話，或許使用鈹金、石墨、石墨和鈾238這些材料製成的結構能做到，核裂變堆裡面不就是利用這些材料做中子反射的麼。”
“但放到可控核聚變反應堆裡面，就不行了。”
“原因很簡單，因為我們需要中子來做氚自持，否則目前存儲的氚原料根本就無法支撐可控核聚變的商業化使用。”
“所以我個人覺得，與其在金屬材料中尋找一種抵抗材料，還不如將目光放在其他材料上試試？”
.........
趙鴻志點了點頭，道：“嗯，從這方面來看，降低溫度從而減小中子對第一壁材料的破壞基本不大可能了。”
“而從中子輻照後的材料分析數據來看，鉬、鎢、石墨烯這些材料在第一階梯，受中子輻照的影響較小，奧式鋼、陶瓷這些在第二階梯、其他的更差。”
一旁，水木大學的邢學興教授搖搖頭道：“鉬不行，這個水木那邊之前有做過研究，鉬在接受中子輻照的時候會嬗變成放射性元素。至於鉬合金的話，就需要更多的嘗試了。”
“倒是鎢，鎢合金可能還有點希望。目前iter和eAst那邊的第一壁材料都採用的鎢合金，耐熱性能不錯，嬗變產物是鋨和錸，不存在放射性問題。”
徐川搖了搖頭，道：“鎢大概也行不通。”
“鎢的耐熱性和嬗變產物都沒什麼問題，但是它的物理塑性和熱膨脹係數的差異，以及熱應力的積累等問題，會導致材料內部產生裂紋。”
“這對於可控核聚變反應堆來說是致命的。”
聽到徐川否決鎢合金，實驗室中又陷入了沉默。
第一壁的材料問題的確很麻煩，麻煩到目前全世界都找不出來一種合適的。
畢竟在可控聚變堆中，第一壁材料受到等離子體中發射出來的高能中子、電磁輻射和高能粒子(氘氚氦和其他雜質)的強烈作用。
一個商用的託卡馬克反應堆，理論上來說，一般中子壁負荷至少要達到5mw/m2以上。
中子壁負荷是一個與聚變堆的功率密度有關的設計指標，數值上等於單位面積的第一壁材料上的聚變中子源強度與中子能量的乘積。
而絕大部分的耐熱材料，在面對這些極端嚴苛的屬性挑戰時，根本就達不到要求。
不過話又說回來，這個問題真要那麼容易解決，也不至於留到現在了。
畢竟可控核聚變是全世界有能力搞都會搞的東西，裡面的各種技術難題，材料問題肯定都討論過無數次了。
盯著電腦顯示屏上的數據，徐川沉思了一會後開口道：“我覺得，第一壁的材料選擇，或許我們要改變一下思路。”
聞言，實驗室中的其他人都看了過來。
趙鴻志問道：“怎麼說？”
徐川思忖了一下，組織了一下語言後開口道：“每個d-t聚變都會產生一個14.1mev的中子。由於中子不帶電，無法用磁場約束，會直接轟擊到第一壁材料上產生損傷。”
“14.1mev是個很大很大的能量，要知道材料中束縛原子的都是各種化學鍵，其鍵能大約在1~10ev之間。”
“也就是說，一個14.1mev的中子所攜帶的能量，足以破壞上百萬個普通的化學鍵，這無疑會對材料造成難以恢復的損傷。”
“而在聚變堆裡，高能中子就像一顆顆射向材料的子彈，不斷的撞擊金屬原子，打斷其周圍的化學鍵，迫使原子離開原來的位置，從而破壞規整的原子排布。”
“如果是單純的要抵抗中子的話，或許使用鈹金、石墨、石墨和鈾238這些材料製成的結構能做到，核裂變堆裡面不就是利用這些材料做中子反射的麼。”
“但放到可控核聚變反應堆裡面，就不行了。”
“原因很簡單，因為我們需要中子來做氚自持，否則目前存儲的氚原料根本就無法支撐可控核聚變的商業化使用。”
“所以我個人覺得，與其在金屬材料中尋找一種抵抗材料，還不如將目光放在其他材料上試試？”
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