Mang theo tấm sơ đồ kia, Tổng công trình sư Vương rời khỏi phòng nghiên cứu lò phản ứng từ trường Stellarator STAR, ngay trong ngày trở về trụ sở chính của Tập đoàn Công nghiệp Hạt nhân tại Thượng Kinh, đồng thời liên hệ với các chuyên gia trong viện nghiên cứu v�� hướng phát triển máy phát điện thủy động lực từ, để triển khai thảo luận về tính khả thi của việc ứng dụng kỹ thuật máy phát điện thủy động lực từ vào thiết bị phản ứng tổng hợp hạt nhân có thể kiểm soát.

Tuy nhiên, mặc dù đoàn người đã rời đi, nhưng tổ công tác của Tập đoàn Công nghiệp Hạt nhân vẫn ở lại Kim Lăng, không ngừng trao đổi với các nhà nghiên cứu của phòng thí nghiệm Stellarator STAR về các vấn đề kỹ thuật.

Cùng lúc đó, các thí nghiệm của thiết bị STAR cũng không vì thế mà dừng lại.

Sau khi nhận được đảm bảo về kinh phí đầy đủ, phòng nghiên cứu gần như xa xỉ đến mức cứ ba ngày lại tiến hành một thí nghiệm, lấy khí hydro và khí heli làm đối tượng nghiên cứu, quan sát các tính chất vật lý phức tạp của plasma bên trong lò Stellarator.

Thậm chí, để thu thập dữ liệu quý giá, Lục Chu còn ra lệnh bơm 1mg hỗn hợp Deuterium/Tritium quý giá vào buồng phản ứng, mạo hiểm làm hỏng vật liệu vách ngăn đầu tiên để tiến hành một thử nghiệm đốt cháy plasma.

Trên thực tế, thí nghiệm này quả thực đã gây ra m��t số tổn hại cho thiết bị STAR, nhưng may mắn là thiệt hại vẫn nằm trong phạm vi có thể sửa chữa được. Tuy nhiên, dù vậy, toàn bộ thiết bị vẫn phải ngừng hoạt động để bảo trì trong một tháng.

Đương nhiên, dù cái giá phải trả không hề nhỏ, nhưng những gì thu được cũng tương đối phong phú.

Họ không chỉ kiểm chứng tính khả thi của việc đốt cháy phản ứng tổng hợp hạt nhân theo định hướng kỹ thuật này, mà còn thu được một lát cắt Lithium đã bị chùm neutron mang năng lượng 14MeV bắn phá.

Đặc biệt là thứ sau, giá trị nghiên cứu khoa học của nó càng không thể dùng tiền bạc để tính toán.

Ở trong nước, có lẽ chỉ có nơi của họ mới có thể thực hiện những thí nghiệm xa xỉ như vậy.

Giờ phút này, lát cắt kim loại Lithium khó kiếm này đang yên tĩnh nằm trên một lam kính hiển vi đã được xử lý đặc biệt để chống oxy hóa, do nhân viên mặc đồ bảo hộ đặt dưới kính hiển vi điện tử quét để quan sát.

Trong phòng thí nghiệm, bên ngoài phòng cách ly, Lục Chu cùng một nhóm nhân viên nghiên cứu đang đứng trước máy tính, xem dữ liệu và hình ảnh thu thập được từ kính hiển vi điện tử quét hiển thị trên màn hình.

Đúng như dự đoán của họ, bề mặt kim loại vốn bằng phẳng giờ đây đã thủng trăm ngàn lỗ.

Thông qua đo lường bằng máy quang phổ hồng ngoại, bên trong những đường hầm quanh co khúc khuỷu đó, thậm chí có thể quan sát thấy dấu vết còn sót lại của các nguyên tố Heli và Tritium.

Điều đáng mừng là, điều này cho thấy chùm neutron mang năng lượng 14MeV quả thực đã phản ứng với ⁶³Li, và họ đã thu hồi thành công một phần nguyên tố Tritium trong thí nghiệm.

Còn điều khiến người ta bất lực thì là...

Những vấn đề họ phải đối mặt thực sự quá nhiều, vài ba câu căn bản không thể nói hết.

Nhìn hình ảnh trên màn hình máy tính, Giáo sư Lý Xương Hạ khẽ thở dài.

“Tôi dám cá là thứ này chỉ cần chạm nhẹ một cái là sẽ vỡ vụn.”

“Không cần phải cá cược, ngay cả khi không bị chùm neutron bắn phá, thứ này cũng chẳng thể gọi là kiên cố được bao nhiêu.” Lục Chu vừa nhìn chằm chằm vào những dữ liệu khó có được trên màn hình máy tính, vừa thuận miệng nói.

Thịnh Hiến Phú lắc đầu: “Không chỉ là vấn đề thiệt hại do bức xạ, mà tỷ lệ sinh Tritium cũng thực sự quá thấp. Hơn nữa, vấn đề cốt lõi nhất không phải là ở việc thu hồi bản thân Tritium. Chùm neutron mang năng lượng quá cao, thường không phản ứng với ⁶³Li ở bề mặt, mà phân tán vào bên trong lớp vật liệu bao bọc, ngay cả Tritium được tạo ra mà chúng ta cần cũng bị giữ lại bên trong vật liệu, căn bản không thể thoát ra được.”

Neutron mang năng lượng 14MeV giống như một viên đạn pháo, trước mặt nó, mọi liên kết kim loại đều như đồ chơi, không thể chịu nổi một đòn.

Đồng thời, neutron xuyên qua vách ngăn đầu tiên không chỉ đơn giản là tạo ra lỗ trên đó, mà nó sẽ giống như thổi bong bóng, tạo ra các khoảng trống chứa khí bên trong vật liệu vách ngăn đầu tiên, cuối cùng dẫn đến toàn bộ vật liệu vách ngăn đầu tiên bị sưng phồng, giòn hóa, thậm chí là bong tróc bề mặt vật liệu, gây ra sự cố nghiêm trọng.

Và đây cũng là một trong những nguyên nhân chính khiến vật liệu lớp bao của lò phản ứng phân hạch không thể trực tiếp được sử dụng trong lò phản ứng tổng hợp hạt nhân.

Hai loại vật liệu này có sự chênh lệch đến hai bậc độ lớn về tiêu chuẩn chống chịu tổn thương do bức xạ.

Cho đến bây giờ, nghiên cứu của họ đã tiến vào một lĩnh vực chưa biết, điều này cũng có nghĩa là không còn kinh nghiệm của người đi trước để tham khảo nữa. Tiếp theo nên làm thế nào, giải quyết những vấn đề này ra sao, hoàn toàn phải dựa vào chính họ tự suy nghĩ.

Sau khi suy tư một lát, Giáo sư Lý Xương Hạ thử đề nghị: “Vật liệu kết cấu thay bằng Molypden thì sao?”

“Molypden không được,” ngay lập tức phủ định đề nghị này, Lục Chu lắc đầu nói, “Molypden có khả năng chịu nhiệt không tồi, nhưng dưới sự chiếu xạ của neutron sẽ biến đổi thành nguyên tố phóng xạ.”

Một nhà nghiên cứu khác tiếp tục đề nghị: “Còn Vonfram thì sao? Vonfram có khả năng chịu nhiệt rất tốt, sản phẩm biến đổi của nó là Osmium và Rhenium, không có vấn đề phóng xạ!”

Lần này không cần Lục Chu mở lời, Giáo sư Lý Xương Hạ đã lắc đầu, “Lại là vấn đề cũ rích rồi. Vonfram có khả năng chịu nhiệt không tồi, nhưng độ dẻo lại quá kém. Ứng suất nhiệt sẽ dẫn đến nứt bề mặt vật liệu... Khi tôi thăm và học tập ở phòng thí nghiệm DIII-D, có một báo cáo chuyên đề thảo luận riêng về vấn đề này. Nói chung, dùng Vonfram là không thể được.”

Phòng thí nghiệm lại một lần nữa chìm vào im lặng.

Lúc này, Lục Chu, người vẫn đang chăm chú nhìn chằm chằm vào dữ liệu trên màn hình, bỗng nhiên lên tiếng.

“Nếu không thể ngăn chùm neutron ở bên trong, tại sao chúng ta không cân nhắc bỏ qua chúng?”

“Bỏ qua ư?” Thịnh Hiến Phú hơi sững sờ một chút, rồi lập tức cười và lắc đầu, “Bỏ qua thì chúng ta làm sao thu hồi neutron sinh ra từ phản ứng?”

Thu hồi neutron sinh ra từ phản ứng tổng hợp hạt nhân DT là một bộ phận then chốt trong toàn bộ kỹ thuật lò phản ứng tổng hợp hạt nhân, rốt cuộc, giá thành tài nguyên Tritium đắt gấp mấy vạn lần Deuterium, không chỉ được bán theo từng gram, mà chi phí cho một gram còn lên tới 30.000 USD (số liệu năm 2017).

Nếu không thể thu hồi neutron sinh ra từ phản ứng, không chỉ sẽ gây ra tổn thất năng lượng lớn, mà còn sẽ khiến lò phản ứng "ngừng hoạt động" do Tritium thất thoát.

Trong điều kiện lý tưởng của lò phản ứng tổng hợp hạt nhân, bất kể là Tritium hay neutron, đều phải được bảo tồn như sản phẩm trung gian; cuối cùng, chất thải sinh ra chỉ là khí Heli và nhiệt lượng.

Do đó, để neutron thoát đi là không thể, nói gì thì nói cũng phải giữ chúng lại.

Nghe thấy câu hỏi ngược lại của Thịnh Hiến Phú, Lục Chu khẽ mỉm cười, tiếp tục nói.

“Bỏ qua chúng, không có nghĩa là để chúng thoát đi. Trên lý thuyết, bất kể chúng ta thiết kế cấu trúc vách ngăn đầu tiên như thế nào, cũng không thể tránh khỏi chùm neutron phá hủy các liên kết kim loại. Hơn nữa, khả năng tự phục hồi của kim loại quá kém, càng tồn tại những vấn đề biến đổi khó giải quyết.”

“Vậy thì tại sao chúng ta không thiết kế vách ngăn đầu tiên bằng vật liệu cho phép neutron xuyên qua và có khả năng tự phục hồi khá mạnh, và phía sau vách ngăn đầu tiên sẽ dùng Lithium-63 lỏng để thu hồi neutron? Còn một bên khác của Lithium-63, thì d��ng một lớp kim loại Berylli bao bọc kín, dùng để phản xạ những neutron chưa phản ứng đã xuyên qua lớp Lithium lỏng.”

Thiết kế này tương đương với việc kẹp Lithium lỏng giữa vách ngăn đầu tiên và Berylli.

Thịnh Hiến Phú cúi đầu suy tư một lúc, cảm thấy phương pháp này dường như khả thi, nhưng luôn cảm thấy có vấn đề ở đâu đó.

Suy nghĩ một hồi lâu, ông ta lấy ra hai vấn đề rõ ràng nhất trong số những vấn đề có thể nghĩ đến.

“Nhưng vật liệu mà cậu nói có thể cho phép neutron xuyên qua và có khả năng tự phục hồi khá mạnh này, nên tìm ở đâu? Mặc dù chuyển vật liệu Lithium ra phía sau vách ngăn đầu tiên, chúng ta vẫn không thể giải quyết được tổn thương do bức xạ neutron gây ra đối với vật liệu kết cấu. Hơn nữa, như cậu nói, nếu thu hồi nguyên tố Tritium sau vách ngăn đầu tiên, chúng ta lại nên làm thế nào để vận chuyển nó từ phía sau vách ngăn đầu tiên trở lại lò phản ứng?”

Nghe thấy hai vấn đề này, Lục Chu khẽ mỉm cười nói: “Vấn đề thứ hai thực ra không khó giải quyết. Dưới nhiệt độ làm việc của Lithium lỏng, cả nguyên tố Tritium lẫn nguyên tố Heli đều tồn tại dưới dạng khí, đồng thời cả hai không hòa tan vào nhau.”

“Chúng ta chỉ cần tạo ra một lực đẩy nhẹ hướng lên trên cho toàn bộ hệ thống thu hồi neutron bằng Lithium lỏng là có thể vận chuyển nguyên tố Tritium được sinh ra lên phía trên của toàn bộ hệ thống.”

“Sau đó, chúng ta chỉ cần thu hồi 'khí thải' ở phía trên của toàn bộ hệ thống là được.”

Tritium được sinh ra cùng với khí Heli thải ra sẽ một lần nữa được đưa vào buồng phản ứng để nung nóng và điện ly. Còn việc làm sao để thải khí Heli ra khỏi lò phản ứng, đó chính là công việc của bộ tách (Divertor).

Về việc lựa chọn bộ tách làm mát bằng nước hay bộ tách Vonfram-đồng hoặc các loại bộ tách khác, thì đến lúc đó cứ dựa vào nhu cầu cụ thể mà lựa chọn là được. Phần kỹ thuật này tuy rằng then chốt, nhưng cũng không phải là khó khăn không thể giải quyết.

Nói đến đây, Lục Chu dừng lại một chút, tiếp tục nói, “Về vấn đề thứ nhất cậu nói, loại vật liệu như vậy không thể tìm thấy trong các hợp kim. Do đó, chúng ta cứ dứt khoát vứt bỏ hoàn toàn kim loại đi!”

Ngay khi nghe câu này, không chỉ Thịnh Hiến Phú, người vừa đặt câu hỏi, mà bao gồm cả Giáo sư Lý Xương Hạ, tất cả mọi người trong phòng thí nghiệm đều sững sờ.

Bỏ vật liệu kim loại sao?

Cái này...

Điều này cũng quá cấp tiến rồi chứ?

“Vật liệu kết cấu không dùng kim loại ư?” Giáo sư Lý Xương Hạ kinh ngạc nhìn L���c Chu, “Vậy dùng cái gì?”

Chẳng lẽ dùng gốm sứ?

Mặc dù có phòng nghiên cứu đã từng thử như vậy, hiệu quả cũng tạm chấp nhận được, nhưng điều trí mạng là khả năng dẫn nhiệt của gốm sứ thực sự quá kém.

Nếu không thể loại bỏ nhiệt lượng sinh ra từ bên trong lò phản ứng, cuối cùng vẫn sẽ xảy ra sự cố.

“Dùng Carbon,” dừng lại một lát, Lục Chu dùng giọng khẳng định nói, “Hoặc nói chính xác hơn, dùng vật liệu hợp kim sợi Carbon!”

Đây không phải là biện pháp Lục Chu chợt nảy ra trong đầu, trước đó hắn đã suy nghĩ rất lâu, thậm chí ngay từ khi trò chuyện với Giáo sư Kreiber tại phòng nghiên cứu Wendelstein 7-X, hắn đã bắt đầu suy nghĩ về điều này rồi.

Hạt nhân Carbon tương đối ổn định, không dễ phản ứng với neutron, đồng thời có thể đóng vai trò đệm nhất định đối với chùm neutron, khiến cho khi chùm neutron tiếp xúc với lớp Lithium lỏng, không đến nỗi phần lớn chùm neutron trực tiếp xuyên thủng nó.

Còn phần năng lượng bị lớp sợi Carbon làm giảm bớt sẽ được giải phóng dưới dạng nhiệt năng, và dựa vào khả năng dẫn nhiệt tốt của bản thân nó, cũng có thể rất dễ dàng dẫn nhiệt lượng sinh ra từ bên trong lò phản ứng ra ngoài.

Về khả năng chịu nhiệt, cũng hoàn toàn không thành vấn đề.

Khi không tiếp xúc với không khí và chất oxy hóa, vật liệu sợi Carbon có thể chịu được nhiệt độ cao trên 3000 độ, có thể sánh ngang với điểm nóng chảy của Vonfram, hoàn toàn phù hợp với yêu cầu của vật liệu vách ngăn đầu tiên!

Lục Chu nhìn quanh mọi người trong phòng thí nghiệm, mở miệng nói: “Loại bỏ hoàn toàn vật liệu kim loại có độ hoạt hóa thấp khỏi vách ngăn đầu tiên, thay bằng vật liệu sợi Carbon làm vật liệu vách ngăn đầu tiên và vật liệu kết cấu chính, ở lớp giữa đổ đầy Lithium lỏng, lớp ngoài cùng dùng Berylli bao kín để phản xạ neutron. Lớp che chắn dùng hỗn hợp parafin, nước và Bo khô, đồng thời được bao kín bằng xi măng hạt nhân. Làm như vậy, chúng ta hoàn toàn có hy vọng giải quyết vấn đề tích tụ Tritium!”

Còn về việc lựa chọn loại vật liệu hợp kim sợi Carbon nào, làm thế nào để giải quyết vấn đề tự phục hồi của v���t liệu hợp kim sợi Carbon, đề tài này sẽ do phòng nghiên cứu vật liệu của Viện Nghiên cứu Cao cấp Kim Lăng phụ trách nghiên cứu.

Mặc dù vấn đề rất nghiêm trọng, nhưng Lục Chu có hy vọng giải quyết!

Giáo sư Lý Xương Hạ không nhịn được nói: “Điều này cũng quá...”

Điều ông muốn nói là điều này quá sức tưởng tượng rồi.

Nhưng câu nói này mới chỉ nói được một nửa thì đã bị Thịnh Hiến Phú cắt ngang.

“Không, nói không chừng... Làm như vậy thực sự có hy vọng!”

Cắt ngang lời Giáo sư Lý, Thịnh Hiến Phú không ngừng xoa cằm bằng ngón trỏ, ánh mắt càng trở nên sáng rõ.

“Tôi đã tìm đọc các tài liệu liên quan, việc sử dụng sợi Carbon để thay thế một phần cấu trúc thép Austenitic và thép Vonfram, trong lĩnh vực tổng hợp hạt nhân có thể kiểm soát quốc tế, là một hướng kỹ thuật được coi trọng tương tự như gốm sứ Nano!”

“Tuy nhiên, việc dùng vật liệu hợp kim sợi Carbon hoàn toàn thay thế vật liệu kim loại làm vật liệu kết cấu chủ thể, cùng với việc phóng chùm neutron sau khi giảm tốc độ vào lớp Lithium lỏng ở rìa ngoài của vật liệu bao bọc để phản ứng, rồi thông qua tác dụng vận chuyển để thu hồi nguyên tố Tritium bên trong Lithium lỏng... Những điều này tôi cũng là lần đầu tiên nghe nói.”

Độ khó trong này e rằng không nhỏ, hơn nữa còn không chỉ là vấn đề của bản thân vật liệu hợp kim sợi Carbon. Ví dụ như về kiểm soát nhiệt độ. Nhiệt độ làm việc của vật liệu sợi Carbon ở vách ngăn đầu tiên là khoảng 3000 độ, trong khi điểm sôi của kim loại Lithium chỉ có 1340 độ.

Nếu không thể kịp thời loại bỏ nhiệt lượng, Lithium lỏng bên trong toàn bộ "Hệ thống thu hồi neutron bằng Lithium lỏng" liền có nguy cơ bị khí hóa, nhẹ thì cùng với hỗn hợp Tritium-Heli sinh ra từ phản ứng bị cuốn vào bên trong lò phản ứng, nặng thì thậm chí có thể làm nổ tung toàn bộ lò phản ứng...

Còn có vấn đề thay đổi thể tích do Lithium lỏng đông đặc khi lò ngừng hoạt động...

Nhưng đúng như Lục Chu đã nói, hướng suy nghĩ này dường như khả thi.

Ít nhất, đáng để thử một lần!

Toàn bộ nội dung dịch thuật này được bảo hộ bản quyền bởi truyen.free, kính mong quý độc giả tôn trọng.