第二百五十一章 可控核聚變

學霸的科幻世界 第二百五十一章 可控核聚變

龐學林笑著搖了搖頭，他倒沒有找貝克聊聊的想法。

現階段的物理學研究，只能是空中樓閣，沒有實驗驗證，再大的腦洞也沒有什么意義。

而且這些論文中，他并沒有找到幾個在實驗上可以躲避智子干擾的新理論，更不用說屏蔽智子干擾的辦法了。

不過龐學林也很清楚，這種事不急不得。

按照他的計劃，在公布黑暗森林法則前，能找到智子屏蔽的辦法最好，找不到的話，只要自己的計劃能夠順利執行，對人類未來的發展整體影響也不大。

花了將近半個月的時間，龐學林對這五年的科技進展有了大概的了解。

總的來說，航天方面進展迅速，但基本上都是堆砌資源產生的成果。

人類的航天活動依舊無法擺脫化學火箭動力，而且在可預見的未來，也沒看到取代化學火箭動力的其他辦法。

其他領域，集成電路晶體管密度比五年前翻了兩番，但已經接近摩爾定律極限。

而且因為智子封鎖的關系，量子計算機什么別想了，目前科學家正在考慮用碳基芯片取代原來的硅基芯片。

生物醫藥、新能源、現代化農業技術等領域，甚至有了倒退的跡象。

特別是新能源，更是遭受了毀滅性的打擊。

目前各國已經普遍不再考慮氣候變化、全球變暖等問題，對環境污染也開始睜一只眼閉一只眼，那些價格昂貴的太陽能、風能不再受各國政府的青睞，低成本的火力發電站以及核電站成了電力來源的首選。

那些原本發展良好的太陽能、風能等企業，這些年都相繼倒閉，只有寥寥幾家還在堅持，但也支撐不了多久了。

農業領域，這幾年氣候異常有開始加劇的跡象，但還沒有對農業生產造成特別大的影響。

龐學林估計，這種影響至少要到二十年甚至三十年后才會很明顯地展現出來。

這天，龐學林將一份名單交給了程心，說道：“通知名單上的人，三天后在星環高等研究院開會，有些在外地出差的，讓他們三天后必須趕回來！”

程心微微一愣，掃了眼名單上的名字，點了點頭道：“好，我馬上通知。”

龐學林要程心通知的，都是星環高等研究院近幾年被坎特招攬過來的核物理以及材料領域的專家。

這五年，國際上核聚變方面的研究主要集中在以ITER為主的多國合作上，相比于三體危機前多邊合作的工程扯皮，如今ITER的效率已經高了好幾倍，但是各國對ITER的各項技術指標也增加了很多。

這也導致即使五年的時間過去了，ITER的進展依舊不盡如人意。

龐學林準備另起爐灶，在星環城建立一個聚變反應實驗堆。

可控核聚變號稱人類終極能源，一升海水中含約30mg氘，通過聚變反應可釋放出的能量相當于300多升汽油的能量，而反應產物是無放射性的。

也就是說，1升海水可產生相當于300升汽油的能量。一座100萬kW的核聚變電站，每年耗氘量只需304kg。據估計，天然存在于海水中的氘有45億噸，把海水中的氘通過核聚變轉化為能源，按目前世界能源消耗水平，足以滿足人類未來幾十億年對能源的需求。

更不用說，月球上還有數量驚人的適合第二代聚變堆的氦資源儲備了。

但是想要實現可控核聚變反應，技術難點自然多多。

其一，幾千萬甚至上億度的高溫，在這個溫度下等離子氣體中的部分原子核可能進行聚變反應，溫度越高聚變反應進行得越快。

其二，充分的約束，即把高溫下的等離子體約束在一定區域內，保持足夠的時間，使其充分聚變。

其三，相當低的密度。高溫下的等離子氣體具有很高的壓強，因此要把容器內的氣體抽到相當真空，使單位體積內的粒子數不能超過10的15次方個，相當于常溫下氣體密度的幾萬分之一。

其四，保證自持。處于高溫下的等離子體的不穩定性，使它只能被約束一個很短的時間。為了使足夠數量的等離子氣體發生聚變反應，并能自持下去，就必須對參與反應時的等離子氣體的密度和實現對它可靠的約束時間之間有一個要求，即勞遜條件。例如，實現氘氚聚變反應的條件是:等離子體溫度達2億度，同時粒子數密度達1020m3，能量約束時間超過1s。

第五，也是最難最重要的一點，制造聚變堆的核材料。

目前，前三個技術難關已經基本上被攻克，ITER項目進展順利的話，第四個難題預計在未來二十年內能夠得到解決，唯有第五條，至今依舊遙遙無期。

費米曾說過，核技術的成敗取決于材料在反應堆中強輻射場下的行為。

這句話雖然說得時候，是針對裂變堆的，但對聚變堆同樣有效，甚至從某種程度上說，是可控核聚變能否取得成功的關鍵。

在商業化的托卡馬可聚變堆中，其第一壁材料，也就是直接面向等離子體的那層材料，需要滿足以下多種嚴苛的要求：

第一，就是低氚滯留。

相比于傳說中的氦核聚變，目前最容易控制的聚變反應為氘氚反應。

但氚（T）的半衰期短，不存在天然氚。人工制造又幾乎不可能，上億美元一千克，還是有價無市。因此，聚變堆中的氚都需要循環利用。

目前科學界主要辦法就是用倍增過的中子和鋰反應，再把氚回收，這樣氚就成了類似于催化劑的存在。

但是，目前氚的消耗/增殖比很低，（記憶中為1:1.05，可能有誤），因此必須嚴格控制耗散在各個環節的氚。其中又因第一壁直接和等離子體直接接觸，算是氚滯留大戶，需嚴格把控。否則氚越用越少，直接會導致等離子體熄滅停堆。

第二，就是抗中子輻照能力。

每個氘氚聚變都會產生一個14MeV能量的中子，這些高能中子能輕易擊碎第一壁材料中的金屬鍵，產生大量缺陷，引起輻照腫脹、脆化、蠕變等問題，使得材料完全沒法使用。

商業聚變堆役期中第一壁中子劑量預計超過100dpa，而裂變堆的劑量在1dpa量級，因此現有的裂變堆材料不可能直接拿到聚變堆中使用。

第三，抗等離子體輻照。

目前磁約束的邊界并不理想，等離子體湍流控制還存在著很大的可提升空間。

因此，第一壁，特別是偏濾器裝甲依然要承受高通量的氘/氚/氦等離子體沖擊。這些等離子體轟入材料內部后會在表面聚集，引起表面起泡、脫落。

一方面破壞材料的表面完整性，另一方面脫落下來的碎片進入等離子體也會造成等離子體破滅。

第四，低活化問題。

中子轟擊下，許多元素都會發生核反應，嬗變成其他核素。有些核素是不穩定的，會進一步衰變持續放出輻射。這樣一來聚變反應無輻射污染產物的優勢就沒有了，因此用作第一壁的材料都是低活化材料，也就是嬗變后依然穩定不衰變的元素。

例如，一開始人們擬用金屬鉬作為第一壁材料，后來發現嬗變產物有輻射太難處理，現在都在逐步換成金屬鎢。

第五，耐高溫以及耐熱沖擊。

商業聚變堆第一壁的工作的溫度在1000℃以上，等離子體破滅的一瞬間更是能達到20003000℃，鋼材、銅材這樣的低熔點材料直接就淘汰掉了。

另外，第一壁的任務是把熱能導出去，熔點高但導熱性不行的陶瓷材料基本上也被淘汰。

目前比較有希望的候選材料金屬鎢的熔點為3400℃。但鎢還存在塑性較差的缺點，在離子體破滅的熱沖擊下，熱應力往往會使得材料表面開裂。

以上幾個條件滿足一個就已經十分困難了，滿足所有條件的材料目前還不存在。

正因為如此，可控核聚變才會被認為是人類科學技術史上遇到的最具挑戰性的特大科學工程。

但是對龐學林而言，這些恰恰都不是問題。

流浪地球世界，人類都已經實現了重核聚變技術，輕核聚變當然不在話下。

當年在流浪地球世界，龐學林還專門背過可控核聚變實現的技術路線。

雖然對具體的技術細節，他并沒有去仔細了解，但他很清楚實現可控核聚變的關鍵節點和技術方向。

他原本想著，回到現實世界的時候，也許會用得上。

但他很快意識到，在現實世界，他壓根沒辦法獲得可控核聚變研發的主導權。

而且就算他清楚技術發展方向，以現實世界的科技發展水平，想要真正制造出能夠商業化運營的聚變堆，周期至少在十年以上。

所以在現實世界的時候，他優先考慮在碳基芯片、高密度儲能電池領域取得突破，等以后有機會了才會把可控核聚變搞出來。

但是在三體世界，這一切都不是問題了。

甚至于，龐學林還得刻意控制可控核聚變的實現時間，他必須在大低谷到來之后，各國的力量已經衰弱到了無力控制全球局面的程度，才會將可控核聚變拿出來，從而實現利益最大化。