12月14日,20:30分,位于泸州物质科学研究院的核聚变反应实验中心,进行了一次聚变点火实验。
可控核聚变反应堆不是想启动就能启动,热核反应发生温度要达到5000万摄氏度,常规手段无法将反应堆加热到这个程度。
需要先将核聚变反应堆中空管内的温度,加热到10万摄氏度以上,10万摄氏度的高温会让氦-3材料变成离子态,氦原子核在高温下,高速进行布朗运动,三个氦原子核相互之间发生碰撞,产生小规模热核反应,释放出大量的热量。
一旦热核反应发生,整个热核反应就会产生连锁反应现象,并开始持续不断进行热核反应,核反应堆的中心的温度也开始升高,之道5000万摄氏度,发生聚变反应。
随着激光点火装置的启动,聚变反应实验开始了。
“燃料堆持续加热,当前温度300万摄氏度,反应堆工作正常。”
“第一壁各项参数良好。”
……
实验室里,科研人员纷纷紧盯着监视屏幕,紧张的监测数据汇报声持续不断。
所有人的目光,都放在核聚变反应装置的第一壁上,温度即将达到核聚变发生要求,即将发生聚变反应,届时,反应堆的第一壁将遭受巨大冲击。
以往一次次聚变实验,无法持续,被迫终止,宣告失败,都是第一壁材料无法承受所导致的。
今天,这一次聚变实验,它能创造奇迹吗?
众人目光纷纷紧盯着液晶屏幕,等待着答案的揭晓。
可控核聚变反应堆的核心装置中空管里面氦-3被高温电离,氦原子核开始高速碰撞。
中空管里面开始发生热核反应,热核反应逐渐引发连锁反应,聚变反应堆温度提升的速度越来越快,1000万摄氏度,2000万,……。
时间一点一滴的流逝,五分钟过去,温度终于满足了聚变反应需求,聚变反应发生了。
总控台上有一个绿灯突然亮起,表示聚变反应的温度达到能量稳定输出量,在核聚变反应中实现“净能量增益”,即受控核聚变反应产生的能量超过驱动聚变反应发生的能量消耗。
然而,这一刻,没有人关注这些,大家的目光都被一个特殊的液晶屏幕吸引,实时监测反馈‘第一壁’遭受聚变反应能量冲击的监测数据。
“60秒,‘第一壁’坚持了60秒,监测参数没有变化。”
“3分钟了,‘第一壁’性能稳定,没有异常情况。”
“5分钟,聚变反应已经持续5分钟了,它顶住了高温和高辐射。”
“‘第一壁’撑住了,已经15分钟了,材料性能仍旧保持稳定。”
……
实验室里,惊呼声一个接着一个,科研人员们眼中饱含热泪,激动地不能自己。
奇迹发生了!奇迹真的诞生了!
‘第一壁’在这次聚变反应中坚持了1小时20分,最后,由于离子体控制问题,湍流爆发超出控制的原因,这次聚变点火实验被迫结束了。
不过,就算这样,这场点火实验,大家对‘第一壁’材料的完美发挥充满了惊喜。
太好了!他们终于看到可控核聚变技术实现的希望。
实验室里,科研工作者们情不自禁地拥抱起来,开心地庆贺起来。
“别高兴的太早,这次点火实验并未挖掘出‘第一壁’的全部性能,就算‘第一壁’的问题解决了,我们还有很多难题没有解决呢!”沈仕友教授面带笑意,看着庆贺的下属们示意道。
闻言,众科研人员不由收敛了庆贺的举动。
确实,如沈仕友教授所说,完全实现可控核聚变技术,还有很多的问题需要解决。
除了第一壁材料问题,还有刚遇到的等离子体控制问题,现有的理论模型以及技术,并不能很好地控制等离子体,不然,这次实验能够继续持续下去。
接下来,还有约束聚变反应堆的磁场强度问题,磁场强度与等离子体的控制密切相关,如今综合性能最佳的低温超导材料是 Nb3Sn线材,它能在 4K的低温下稳定产生 10T左右的强磁场,但是,继续再进步难度非常高,铌基合金(Nb3Sn)能提供更强的磁场,但是YBCO其实属于陶瓷的一种,不好加工,在超强磁场的鲁棒性也不如铌基合金。
还有防护问题:在裂变堆中,铀?235产生的中子平均能量为2兆电子伏特,而聚变则是14.1MeV,大约高一个数量级,裂变堆有一个1米厚的水泥安全壳,按线性计算一下,聚变堆要10米的水泥安全壳,那大概是个金字塔了,另外,等离子体里的氘氚氦能量也不小,是磁场把它们束缚了,可是,磁场束缚不可能是完美的,总有那么一小撮逃出束缚,如何防护?又是一个大难题。
除此之外,就是造价了。
国际热核聚变反应堆ITER已经花了300亿美元,还没开始氘氚实验,也不知道最后实际预算要超支多少倍,他们研制的这个TER设计聚变功率是50万KW,另外,ITER本身不能发电,假设它就是能发电,发电效率为40%,那么聚变堆发电功率200MW,单位造价150000美刀/kW。这个价格相比裂变堆相比(目前裂变堆单位造价大约在2000美元/kW左右),贵得离谱,聚变堆大约高出了75倍。
所以,距实现可控核聚变的商业化,还很遥远啊!
“沈教授,第一壁材料的造价贵不贵?是哪家公司生产的?”这时,人群中有个声音询问道。
“是啊!性能这么优异的材料,是哪家公司制造的!能量产了?”
“太了不起了!必须好好为其宣传一下。”
……
他的话音一落,当即引起了众人的热捧,追问纷纷。
“第一壁不是国企,也国家科研单位研制的,而是一家私人企业-星宇材料,确实非常厉害啊!”沈仕友教授环视众人,笑着感慨,介绍道:“它的造价也不贵,每吨三十万RMB左右。”