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第二百五十一章 可控核聚变

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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


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