第二百五十一章 可控核聚变

    庞学林笑着摇了摇头，他倒没有找贝克聊聊的想法。

    现阶段的物理学研究，只能是空中楼阁，没有实验验证，再大的脑洞也没有什么意义。

    而且这些论文中，他并没有找到几个在实验上可以躲避智子干扰的新理论，更不用说屏蔽智子干扰的办法了。

    不过庞学林也很清楚，这种事不急不得。

    按照他的计划，在公布黑暗森林法则前，能找到智子屏蔽的办法最好，找不到的话，只要自己的计划能够顺利执行，对人类未来的发展整体影响也不大。

    花了将近半个月的时间，庞学林对这五年的科技进展有了大概的了解。

    总的来说，航天方面进展迅速，但基本上都是堆砌资源产生的成果。

    人类的航天活动依旧无法摆脱化学火箭动力，而且在可预见的未来，也没看到取代化学火箭动力的其他办法。

    其他领域，集成电路晶体管密度比五年前翻了两番，但已经接近摩尔定律极限。

    而且因为智子封锁的关系，量子计算机什么别想了，目前科学家正在考虑用碳基芯片取代原来的硅基芯片。

    生物医药、新能源、现代化农业技术等领域，甚至有了倒退的迹象。

    特别是新能源，更是遭受了毁灭性的打击。

    目前各国已经普遍不再考虑气候变化、全球变暖等问题，对环境污染也开始睁一只眼闭一只眼，那些价格昂贵的太阳能、风能不再受各国政府的青睐，低成本的火力发电站以及核电站成了电力来源的首选。

    那些原本发展良好的太阳能、风能等企业，这些年都相继倒闭，只有寥寥几家还在坚持，但也支撑不了多久了。

    农业领域，这几年气候异常有开始加剧的迹象，但还没有对农业生产造成特别大的影响。

    庞学林估计，这种影响至少要到二十年甚至三十年后才会很明显地展现出来。

    这天，庞学林将一份名单交给了程心，说道：“通知名单上的人，三天后在星环高等研究院开会，有些在外地出差的，让他们三天后必须赶回来！”

    程心微微一愣，扫了眼名单上的名字，点了点头道：“好，我马上通知。”

    庞学林要程心通知的，都是星环高等研究院近几年被坎特招揽过来的核物理以及材料领域的专家。

    这五年，国际上核聚变方面的研究主要集中在以ITeR为主的多国合作上，相比于三体危机前多边合作的工程扯皮，如今ITeR的效率已经高了好几倍，但是各国对ITeR的各项技术指标也增加了很多。

    这也导致即使五年的时间过去了，ITeR的进展依旧不尽如人意。

    庞学林准备另起炉灶，在星环城建立一个聚变反应实验堆。

    可控核聚变号称人类终极能源，一升海水中含约30mg氘，通过聚变反应可释放出的能量相当于300多升汽油的能量，而反应产物是无放射性的。

    也就是说，1升海水可产生相当于300升汽油的能量。一座100万kw的核聚变电站，每年耗氘量只需304kg。据估计，天然存在于海水中的氘有45亿吨，把海水中的氘通过核聚变转化为能源，按目前世界能源消耗水平，足以满足人类未来几十亿年对能源的需求。

    更不用说，月球上还有数量惊人的适合第二代聚变堆的氦资源储备了。

    但是想要实现可控核聚变反应，技术难点自然多多。

    其一，几千万甚至上亿度的高温，在这个温度下等离子气体中的部分原子核可能进行聚变反应，温度越高聚变反应进行得越快。

    其二，充分的约束，即把高温下的等离子体约束在一定区域内，保持足够的时间，使其充分聚变。

    其三，相当低的密度。高温下的等离子气体具有很高的压强，因此要把容器内的气体抽到相当真空，使单位体积内的粒子数不能超过10的15次方个，相当于常温下气体密度的几万分之一。

    其四，保证自持。处于高温下的等离子体的不稳定性，使它只能被约束一个很短的时间。为了使足够数量的等离子气体发生聚变反应，并能自持下去，就必须对参与反应时的等离子气体的密度和实现对它可靠的约束时间之间有一个要求，即劳逊条件。例如，实现氘-氚聚变反应的条件是:等离子体温度达2亿度，同时粒子数密度达10^20m^-3，能量约束时间超过1s。

    第五，也是最难最重要的一点，制造聚变堆的核材料。

    目前，前三个技术难关已经基本上被攻克，ITeR项目进展顺利的话，第四个难题预计在未来二十年内能够得到解决，唯有第五条，至今依旧遥遥无期。

    费米曾说过，核技术的成败取决于材料在反应堆中强辐射场下的行为。

    这句话虽然说得时候，是针对裂变堆的，但对聚变堆同样有效，甚至从某种程度上说，是可控核聚变能否取得成功的关键。

    在商业化的托卡马可聚变堆中，其第一壁材料，也就是直接面向等离子体的那层材料，需要满足以下多种严苛的要求：

    第一，就是低氚滞留。

    相比于传说中的氦核聚变，目前最容易控制的聚变反应为氘氚反应。

    但氚（T）的半衰期短，不存在天然氚。人工制造又几乎不可能，上亿美元一千克，还是有价无市。因此，聚变堆中的氚都需要循环利用。

    目前科学界主要办法就是用倍增过的中子和锂反应，再把氚回收，这样氚就成了类似于催化剂的存在。

    但是，目前氚的消耗/增殖比很低，（记忆中为1:1.05，可能有误），因此必须严格控制耗散在各个环节的氚。其中又因第一壁直接和等离子体直接接触，算是氚滞留大户，需严格把控。否则氚越用越少，直接会导致等离子体熄灭停堆。

    第二，就是抗中子辐照能力。

    每个氘氚聚变都会产生一个14meV能量的中子，这些高能中子能轻易击碎第一壁材料中的金属键，产生大量缺陷，引起辐照肿胀、脆化、蠕变等问题，使得材料完全没法使用。

    商业聚变堆役期中第一壁中子剂量预计超过100dpa，而裂变堆的剂量在1dpa量级，因此现有的裂变堆材料不可能直接拿到聚变堆中使用。

    第三，抗等离子体辐照。

    目前磁约束的边界并不理想，等离子体湍流控制还存在着很大的可提升空间。

    因此，第一壁，特别是偏滤器装甲依然要承受高通量的氘/氚/氦等离子体冲击。这些等离子体轰入材料内部后会在表面聚集，引起表面起泡、脱落。

    一方面破坏材料的表面完整性，另一方面脱落下来的碎片进入等离子体也会造成等离子体破灭。

    第四，低活化问题。

    中子轰击下，许多元素都会发生核反应，嬗变成其他核素。有些核素是不稳定的，会进一步衰变持续放出辐射。这样一来聚变反应无辐射污染产物的优势就没有了，因此用作第一壁的材料都是低活化材料，也就是嬗变后依然稳定不衰变的元素。

    例如，一开始人们拟用金属钼作为第一壁材料，后来发现嬗变产物有辐射太难处理，现在都在逐步换成金属钨。

    第五，耐高温以及耐热冲击。

    商业聚变堆第一壁的工作的温度在1000以上，等离子体破灭的一瞬间更是能达到2000~3000，钢材、铜材这样的低熔点材料直接就淘汰掉了。

    另外，第一壁的任务是把热能导出去，熔点高但导热性不行的陶瓷材料基本上也被淘汰。

    目前比较有希望的候选材料金属钨的熔点为3400。但钨还存在塑性较差的缺点，在离子体破灭的热冲击下，热应力往往会使得材料表面开裂。

    以上几个条件满足一个就已经十分困难了，满足所有条件的材料目前还不存在。

    正因为如此，可控核聚变才会被认为是人类科学技术史上遇到的最具挑战性的特大科学工程。

    但是对庞学林而言，这些恰恰都不是问题。

    流浪地球世界，人类都已经实现了重核聚变技术，轻核聚变当然不在话下。

    当年在流浪地球世界，庞学林还专门背过可控核聚变实现的技术路线。

    虽然对具体的技术细节，他并没有去仔细了解，但他很清楚实现可控核聚变的关键节点和技术方向。

    他原本想着，回到现实世界的时候，也许会用得上。

    但他很快意识到，在现实世界，他压根没办法获得可控核聚变研发的主导权。

    而且就算他清楚技术发展方向，以现实世界的科技发展水平，想要真正制造出能够商业化运营的聚变堆，周期至少在十年以上。

    所以在现实世界的时候，他优先考虑在碳基芯片、高密度储能电池领域取得突破，等以后有机会了才会把可控核聚变搞出来。

    但是在三体世界，这一切都不是问题了。

    甚至于，庞学林还得刻意控制可控核聚变的实现时间，他必须在大低谷到来之后，各国的力量已经衰弱到了无力控制全球局面的程度，才会将可控核聚变拿出来，从而实现利益最大化。


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