重回高考前,我在科学圈火爆了 第151章

作者:流水成觞 标签: 穿越重生

  为实现磁力约束,需要一个能产生足够强的环形磁场的装置,这种装置就被称作“托卡马克装置”——TOKAMAK,也就是俄语中是由“环形”、“真空”、“磁”、“线圈”的字头组成的缩写。

  “是的,早在1954年,隔壁老大哥库尔恰托夫原子能研究所就建成了世界上第一个托卡马克装置!”吴桐颔首,托卡马克,的确是世界主流研究。

  研究可控核聚变,吴桐自然不会错过可控核聚变研发一路上的进程和资料。

  五十年代就有国家开始的研究,貌似很顺利吧?其实不然,要想能够投入实际使用,必须使得输入装置的能量远远小于输出的能量才行,称作能量增益因子——Q值。

  当时的托卡马克装置是个很不稳定的东西,搞了十几年,也没有得到能量输出,直到1970年,前苏联才在改进了很多次的托卡马克装置上第一次获得了实际的能量输出,不过要用当时最高级设备才能测出来,Q值大约是10亿分之一。

  别小看这个十亿分之一,这使得全世界看到了希望,于是全世界都在这种激励下大干快上,纷纷建设起自己的大型托卡马克装置,欧洲建设了联合环-JET,苏联建设了T20

  然后逐步的有了后面的一次次记录刷新,1991年欧洲的联合环实现了核聚变史上第一次氘-氚运行实验,使用6:1的氘氚混合燃料,受控核聚变反应持续了2秒钟,获得了0.17万千瓦输出功率,Q值达0.12。

  1993年,海对面在TFTR上使用氘、氚1:1的燃料,两次实验释放的聚变能分别为0.3万千瓦和0.56万千瓦,Q值达到了0.28。

  97年港城国内庆贺回归的时候,联合欧洲环创1.29万千瓦的世界纪录,Q值达0.60,持续了2秒。

  仅过了39天,输出功率又提高到1.61万千瓦,Q值达到0.65。

  三个月以后,倭国的JT-60上成功进行了氘-氘反应实验,换算到氘-氚反应,Q值可以达到1。后来,Q值又超过了1.25。

  虽然后面这个反应是不能实用的,但是这也是托卡马克理论,真得能够产生能量的代表作。

  国内自然没有落下前进的步伐,早在70年代,国内就建设了数个实验托卡马克装置——环流一号(HL-1)和CT-6,后来又建设了HT-6,HT-6B,以及改建了HL1M,新建了环流2号

  托卡马克装置的核心就是磁场,要产生磁场就要用线圈,就要通电,有线圈就有导线,有导线就有电阻。

  托卡马克装置越接近实用就要越强的磁场,就要给导线通过越大的电流,这个时候,导线里的电阻就出现了,电阻使得线圈的效率降低,同时限制通过大的电流,不能产生足够的磁场。

  托卡马克貌似走到了尽头。

  幸好,超导技术的发展使得托卡马克峰回路转,只要把线圈做成超导体,理论上就可以解决大电流和损耗的问题,于是,使用超导线圈的托卡马克装置就诞生了,这就是超托卡马克。

  “目前为止,世界上有4个国家有各自的大型超托卡马克装置,法国的Tore-Supra,隔壁毛熊的T-15,倭国的JT-60U,和咱们的EAST,也就是中科大等离子研究所的东方环!”

  研究过这个版块的资料,陆骁对这个版块,还算如数家珍。

  “国内,我没记错的话,七月份,刚刚有了逼近世界水平的突破,中科院等离子物理研究所那边,东方超环(EAST)超导托卡马克2012年物理实验顺利结束。

  那边利用低杂波和离子回旋射频波,实现多种模式的高约束等离子体、长脉冲高约束放电,创造了两项托卡马克运行的世界记录:获得超过400秒的两千万度高参数偏滤器等离子体;获得稳定重复超过30秒的高约束等离子体放电!”

  科研圈子里的重大动向,哪怕陆骁在苍龙J-35的项目攻坚中,也不是两耳不闻窗外事。

  “是的,这分别是国际上最长时间的高温偏滤器等离子体放电、最长时间的高约束等离子体放电,标志着我们在稳态高约束等离子体研究方面走在国际前列!”吴桐自然也没有错过这个进步突破的消息,国内其实在托卡马克上,还算有着不小的积累基础。

  “不过,陆哥,托卡马克虽然是可控核聚变的研究主流,但并不是唯一的研究方式!”既然是确定的合作者,从初步的思维碰撞上,知道陆骁在这个版块,一样有着不浅的研究,吴桐也就直言不讳开口:“不过,这并不代表这个方向一定是正确的!”

  陆骁并没有觉得,吴桐否定国际主流方式就是狂妄,科研本就应该抱着打破常规,敢想别人不敢想,才有可能在一般人考虑不到的角度突破。

  “在可控核聚变技术突破诞生之前,任何可能性都不应该被忽略,这只是目前世界研究的主流,并不是正确主流。吴桐,你想走仿星器这个方向吗?”

  仿星器,顾名思义就是对恒星的模仿,其本质是一种核聚变反应研究设备。

  核聚变反应堆是利用两种类型的氢原子实现运行氘和氚,并将这些气体注入约束舱内。

  随后,再对其施加能量,从而使这些氢同位素原子的电子脱离原子,形成等离子体,此过程会释放出巨大的能量。强大的磁场会阻止这些等离子体接近舱壁,这种强大磁场是采用包裹约束舱的超导线圈以及存在于这些等离子体中的电流产生的。

  仿星器这个超前概念,其实和普林斯顿大学还有着不小的渊源。虽然如今在这项技术上,目前主要研究且领先的是德意志,但这个概念最早却是普林斯顿大学的物理学家莱曼斯皮策教授提出的。

  这是,这个想法在当时,由于设计过于复杂,无论是从材料学还是工程学的角度来看,都有着难以克服的困难壁障,这个天才的想法,一直被束之高阁,直至近些年,随着材料和其他技术的进步,才又重新有被提起。

第389章

  超导

  “是,比起托卡马克,我更看好仿星器的未来发展!”虽然仿星器技术研发比起托卡马克要艰难太多,且不比托卡马克,如今有着还算丰富的经验可以依凭,几乎只是概念,需要从零开始。但是同样,成正比的,

  未来应用发展,以及技术升级也会有更大潜力。

  虽然目前可控核聚变国际主流是托卡马克,但是就吴桐了解到的资料来看,托卡马克装置再放点时间上,也已经陷入了瓶颈,至今还在以秒为单位,进度颇为艰难,几乎看不见成功的希望!

  目前最长放电记录的保持,正是华科的“EAST”的102秒,这几乎标志着托卡马克装置这条技术路线在“放电时间”上的天花板,想要将这个天1高一秒,都必须付出昂贵的代价。

  可控核聚变的未来前景,毫无疑问是非常广阔的。但是,就如黎明前的黑暗,这份黑暗,过于漫长!

  目前ITER项目进行到现在并不乐观,每年使用经费都在以亿为单位超标,然而项目的进度,却并没有过人的进展,包括海对面在内的各国政-府都已经渐渐失去了耐心

  “所见略同,我也对仿星器挺有兴趣!”陆骁肯定的点点头,哪怕吴桐看不见,他也一样了解考虑过仿星器,不然,也不会吴桐仅仅一句点评,他就能立即想到仿星器。当然,之前他更多是作为发动机战机想象力补充领域去了解的。

  “可控核聚变是个系统性的问题,托卡马克和仿星器,磁约束和惯性约束完成这一切的前提下,还是要回归到材料和工程的进步,仿星器装置有一点儿比托卡马克好的地方。

  托仿星器装置在设计理念上的优势,万幸,我们不需要像托卡马克装置那样通过欧姆变压器来启动等离子体电流,也不需要考虑扭曲膜、磁面撕裂、电阻壁膜问题!”

  “这是把难度转嫁到了工程和材料上面!”陆骁笑道,但是,同样的,走仿星器装置道路的话,这同样是他们的强项,特别是吴桐的强项!

  “我们需要更大的电磁场,来完成对等离子的磁约束,并且还要对磁场进行有效控制,所以,我们需要有一种能够在常温下,或者至少在不那么极端的条件下就能够实现超导的材料,以便我们能够制造更大可控制的磁场,来对等离子体进行约束!”

  等离子体约束将等离子体限制在某个区域,不让它们飞散开来的技术。

  等离子体中的粒子具有动能,它们会到处运动而散开,有的粒子还能轰击真空室壁,使等离子体粒子数目及其能量都要损失。

  粒子撞击真空室壁其上的物质会溅射到等离子体区域,使等离子体能量通过辐射形式损失掉,导致等离子体的温度降低。

  为了减少等离子体的粒子数目和能量的损失,可用“场”能传递相互作用这一特性来约束等离子体。场可以是磁场、电场、引力场。

  太阳及其他恒星中的热核聚变反应是借助引力场来约束等离子体的。这些星体的质量很大,引力也很大,足以将等离子体约束在一起,进行热核反应。

  但地球上的高温等离子体靠弱的引力来约束并使其进行热核反应是不可能的,必须用别的约束方法。

  热核聚变研究中约束等离子体的主要方法是磁约束和惯性约束。托卡马克装置和仿星器装置,选择的都是磁约束,减少等离子体粒子和能量的损失

  在可控核聚变,聚变反应时,等离子体的温度,动则都是亿做单位起步,所以,他们需要跟大更可控的磁场,来实现对聚变反应,等离子体的约束,让它变的可控,这也是整个可控核聚变的重要核心之一。

  “水冷器,等离子体约束,超导材料,还有能够抵抗聚变反应亿万起步高温的壁材料都是我们必须要突破的技术领域!”吴桐一一点出,走仿星器装置,他们需要攻克那些难关,他们要走的,是一条开创道路,目前国际上包括国内,并不能给他们过多的经验,特别是,现如今,托卡马克也到了天花板。

  “水冷器设计,等离子体约束,我这两天就开始着手进行专研,这方面,我还算有些经验!”陆骁捡着他擅长的领域,揽了过去。他做初步设计,最终再和吴桐进行优化,务必将这两大难关全力攻克!

  “超导材料,还有反应炉壁材料,这些就要看你的了!“材料板块,历来是吴桐的拿手好戏!他不免感叹:“我们若是能有常温超导材料,不仅可控核聚变,其他能源问题,其实也都能迎刃而解!”

  火力发电厂可以建造在任何地方,但利用可再生能源的绿色电厂就要谨慎选址了,因为高原上才有强劲的风,沙漠中方能长沐日光,还有正在攻克难关的可控核聚变因此要向绿色能源转变,面临的最大挑战之一,就是如何跨越数百千米的距离,将这些来自偏远之地的电力输送至城市。

  最先进的超导电缆可将电能输送几千千米而仅有百分之几的损耗。但麻烦的是,电缆必须一直浸在77K(约-196℃)的液氮之中。因此,如果要架设这样的电缆,每隔一千米左右就必须安装泵机和冷却设备,大大增加了超导电缆方案的成本和复杂程度。

  能在常温常压下工作的超导体,将使全球化电力供应梦想成真。

  常温超导,历来是目前超导不断追求的至高难关。提起来,就让多少超导人头疼心碎的话题!

  吴桐将常温超导写在记事本上,这是一个必须要攻克的难关!如果能够实现常温超导的材料突破,磁场约束,他们必然能够突破目前的困境,将可控核聚变真正代入研发进程,这是第一个必须要被攻克的。同时,还要做两手准备,怎么更好利用超导材料,从工程学的角度,提升人工磁场强度!

第390章

  填平

  “仿星器装置的等离子体的运动,物理学上的复杂体系难题,拜托你了,陆哥!”虽然这个问题,可能摸不到量子力学的边缘,用麦克斯韦方程组就能概括,但是其中粒子数目,那是个天文数字,是个不亚于目前数学界有名难题的困难问题!

  物理版块,这是陆骁的强项,对于陆骁主动包揽接手,吴桐感谢,且能放心托付,这也是她邀请陆骁的重要原因。

  虽然没有具体评比,但是国内物理界,陆骁的物理水平,排除最顶峰那位老人家,几乎无出其左右。多次合作,吴桐深知陆骁在物理上的功底,这样的大项目,吴桐自然用熟不用生,将之托付给可靠的人选。

  她自己不是不能全部上,只是这其中要费计的精力和时间,她完全可以用来攻克其他擅长板块的问题。术业有专攻,她一个人不可能解决所有的问题,既然这个领域,已经有了足够出色顶尖的人才,她为什么还要大费周章自己攻克?又不是脑子进水,必须去逞能!

  吴桐从来不觉得自己脑子进水,也不是逞能

  的性子,所以,她一贯信奉专业的事情,交给专业的人去做,物尽其用,人尽其用。

  “没问题,共同努力,说不定,我们就打破了可控核聚变还差五十年的魔咒,吴总,我对你十分有信心!”即将结束通话,陆骁在电话挂断前,笑着鼓励道。

  当初还在研究周氏猜想,还没真正就读京大的高三学子,如今不过三年,依然成为了国内科研界绝不可或缺扛鼎砥柱,国宝科学家,奇迹代名词,他是真得,对吴桐,充满信心!

  若是说之前,绕是陆骁对自己还算自信,对于等离子体约束这个大工程,他都没有多少的信心,因为,等离子体运动,犹如流体力学里的湍流现象,哪怕有了NS-方程这个基本方程,也一直是物理界仍在努力探秘攀登,依然不可逾越的大山。

  好在,感谢吴桐,不仅攻克了NS-方程的证明,且还做出了通解,这对他接下来对等离子体运动的研究,将有着莫大的帮助。可以有一定的根据和原理,去构建模型,预测等离子体运动行为,来进行辅助研究,等离子体在仿星器装置内的运动规律。

  万物万事,都有其遵循的规律,若是他们能够摸索出来一定的规律,必定会对仿星器等离子体的约束,有着极大的帮助。

  “谢谢陆哥信任,我必须全力以赴!”每一个项目,她都是一贯的认真执着,追求至真至善的接结果,是她一直以来的准则。

  “我在国外进行的时候,曾经看过莱曼皮策的仿星器手稿,你等我找下当年的记录,发给你做下参考!”陆骁给了吴桐一个惊喜,五六十年前的设计,在当时他去看的时候,依然为那份天马行空的超前设计震撼,这也是他,关注仿星器装置的因由之一。

  “陆哥,你有当年那位先生的手稿?”吴桐这次,是真的惊喜非常。没有国外留学经历,虽然并没有对她的研究有太大影响,但是在见多识广这一块,她的确是缺了一点儿见识。

  仿星器装置的研究,吴桐本来已经打算从零开始,摸石头过河,一步一步脚踏实地去开发研究,虽然困难重重,但是有推衍空间的辅助,吴桐还是对自己报以乐观自信的态度。

  但是,这会儿陆骁的话,可是给了她一个极大地惊喜,若是有当年提出仿星器装置那位神奇先生的手稿,她在前期研究阶段,可以省心不少,且还能有个不错的基础奠定。

  “我当时有幸在普林斯顿燧石图书馆里拜读过,一时兴趣,我将看过的内容做了记录,逐字逐句原版肯定是没有,只是我做的简略记录,仅供参考吧!”陆骁当时,也就是托记忆力不错的福利,想着以后万一用得着呢?就将其记录下来。

  这会儿,他倒是挺感谢自己当初的先见之明,这不是,真的用得着了吗?

  “谢谢陆哥,这就已经够了,已经很好了!”吴桐深切道谢,比她从零开始,只凭这聊聊几句仿星器的概念,去一步步推衍,能节省不少精力时间,她不贪心,这就已经足够了!能让陆骁记下来的,简略记录只是谦虚表达,必定有精髓脉络。

  对她来说,只要有些精髓脉络在,费点儿精力,她自己就能推导出全部的内容,不是什么太大的难事!

  笑着挂断电话,吴桐没多久,就收到了陆骁传过来的资料,只一入眼,吴桐就知道,她猜对了,陆骁所谓的简略记录,真得是谦虚了!这是一份相当详实的手稿记录,不说一比一记录下来,但是那份手稿所描述的重点内容,尽皆都在这份手稿里呈现出来。

  甚至,还有那位先生,对仿星器装置超前的畅想,基于天体物理学独特角度的考虑,还有潦草简略的设计草图以及陆骁基于物理学角度的解析理解感想这份手稿,对于吴桐来说,几乎相当于如降甘霖,真正给她一个媒介,深切了解仿星器装置概念原理与设计!

  仿星器是一种外加有螺旋绕组,以磁场约束高温等离子体,使其稳定安全运行的实验装置。它通过模仿恒星内部的核聚变反应,以获得持续不断的能量,是目前,吴桐所选定,去着手设计预研,最有可能实现可控清洁的核聚变能装置。

  其实,早在数年前,德意志那边,就已经在着手仿星器方面的研究,海对面估计也肯定有类似的研究,甚至其他发达国家,可能都有一定这方面的尝试研究,只是,基于技术的应有,可能还没有大的突破。

  目前,国际上,最有可能的传闻,是预计一三一四年之内,德意志将要对仿星器装置WEGA完成最后的组装,并且预期在17年之前,进行实验!

  国内之前,并没有关于仿星器的研究,这一片,是空白,但是有了这份手稿,吴桐自信,她能尽快将这份差距填平!

第391章

  壮志

  且他们已经向投资者承诺,要在2020年之前,完成三十分钟的承诺。

  德意志一贯以严谨著称,能让他们发表出来的数据,有比较大的可能,是他们觉得,自己能够实现的时间。目前,国际上,在这个版块,并不能给她们太多的经验借鉴。

  在这个版块,国内已经慢了不少时间,不过,吴桐对自己还算自信,她觉得,给她点儿时间,她应该可以拉平这个差距。

  既然德意志有这个壮志,那她的目标,就且定在,比对方更早且更长时间吧!吴桐暗暗,给自己定下一个大目标。有目标才有动力,有动力才有努力方向和产出嘛!

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