第三百九十九章上天都在幫助他們

高能中子束的輻照問題，一直是全世界都在研究的世紀難題。

高能中子們最麻煩的地方并不在于自身攜帶的輻射，而是它可以與不同元素的原子核相撞。

中子與各種原子核相撞，會出現“中子激發”現象，產生不穩定同位素，使物質具放射性，損壞物質的結構。

簡單的來說，有些像原本材料是一家四口，兩個中子兩個質子組成了恩愛的一家人。

然后外來的高能中子撞到原子核后，像個小三一樣強行的插入進去了，然后，家庭就破散不完美了。

目前科學界對中子輻照難題進行處理，一般都是使用中子慢化材料和慢中子吸收物質配合使用，來截停中子輻照。

其中中子慢化材料分重輕元素兩種，重元素主要為常見的鉛、鎢、鋇等金屬材料。

它們可阻滯快中子，降低中子束的能量，使其成為慢中子。

而經過重元素慢化的中子，還需要輕元素再進一步慢化，才能被慢中子吸收物質吸收。

這一步主要是使用水、石蠟、聚乙烯等高聚氫的材料進行處理。

經過輕元素處理后的慢中子，才能被含鋰或硼的材料，如氟化鋰、溴化鋰、氧化硼等材料徹底吸收消滅。

否則即便是再慢的中子，也具有對材料或人體生物的破壞性。

光是處理中子就這么麻煩了，而可控核聚變第一壁材料還要承受高溫、氘氚高能粒子、伽馬射線、離子污染等各種問題。

即便是通過原子循環技術和輻射隙帶構建的材料有著吸收輻射與射線的能力，要尋找到一種能夠讓中子通過、面對高溫、保持自我修復的材料也是一件相當難的事情。

尤其是在排除掉金屬材料這一選項后，就更難了。

畢竟非金屬材料中能夠面對數千度高溫的根本就不多。

陶瓷材料算一個、碳材料算一個（石墨、金剛石這些也是碳材料）、復合材料也算，不過這個的種類就繁多了，且只有部分可用。

目前來說，能承受三千攝氏度以上高溫的非金屬材料，就這些。

而這些材料作為第一壁材料，基本都有各自的缺陷。

所以在聽到這位趙教授說他們研發出來的新型材料可能有著應用在第一壁材料上的潛力時，徐川內心是相當驚訝的。

畢竟從他正式下達研究第一壁材料的指令到現在，時間也就兩三個月而已。

哪怕是他一開始就指明了方向和相關的方法，也有著川海材料研究所那邊的材料計算數學模型的輔助，這個速度也有些太快了。

花費了十來分鐘的時間，徐川認真的將手中的數據資料完整的看了一遍。

從手中的資料來看，趙光貴他們研發出來的是一種碳納米管碳纖維增強碳化硅氧化鉿基復合材料。

從屬性上來看，類似于耐高溫復合陶瓷材料，具備大部分耐溫高溫陶瓷材料的性質。

不同的點在于因為主體結構是碳納米管與碳纖維增強碳化硅材料的原因，在導熱系數方面相對比陶瓷材料得到了不小的提升。

普通的陶瓷材料的導熱系數在0.51W/m·K之間，而這種復合材料，導熱系數在52.11W/m·K，超過了石墨的40W/m·K。

當然，50W/m·K的導熱系數，在一些特種陶瓷里面并不算什么。

比如碳化硅（SiC）陶瓷基材導熱率能達到120490W/m·K，氮化鋁（AlN）陶瓷基材的導熱率為170230W/mK。

這兩種陶瓷基材算是陶瓷基材中導熱系數最好的了，不過它們的耐高溫程度都不夠。

絕大部分的碳化硅一般超過1600度就會融化，而氮化鋁最高雖然可穩定到2200度，但依舊達不到3000度的要求。

當然，如果僅僅是溫度不達標的話，通過水冷設備還是可以維持住溫度的，關鍵點在于中子輻照對于金屬鍵的破壞。

氧化鋁雖然是陶瓷材料，但鋁金屬鍵是核心支撐鍵，中子輻照對金屬鍵的破壞尤為明顯。

至于碳納米管材料和碳纖維材料，雖然在無氧的環境中能抗住超過三千度的溫度，但單純的碳材料對氘氚原料的吸收問題太嚴重了。

導致純碳材料，如石墨烯、碳納米管很難應用到第一壁上面。

至于趙光貴他們研究出來的這種增強復合型材料，在無氧的環境下，能抗住超過三千四百攝氏度的超高溫。

這一數值，如果是在純金屬中進行比較，也就鎢能比得上了。

如果是合金的話，距離五碳化四鉭鉿（Ta4HfC5）4215攝氏度的熔點還是有一些距離的。

不過應用在可控核聚變反應堆的第一壁上，足夠了。

最關鍵的在于對氘氚原料的吸收，這一點從檢測結果上可以看出，這種復合型材料，除非是攜帶高能的氘氚離子失控撞擊到材料表面，否則并不會與材料本身結合反應。

將手中的文檔放在桌上，徐川抬頭看向趙光貴，感興趣的問道：

“有點意思，從材料的橫切面電鏡圖來看，似乎是原子循環技術和輻射隙帶結構導致碳納米管與氧化鉿基材出現了結合，碳納米管的化學鍵取代了氧化鉿基材的氧化學鍵，形成了獨特排序的碳納米管·鉿晶體結構。”

“而這種獨特排序的碳納米管·鉿晶體結構，應該就是這種復合材料耐高溫與不再吸收氘氚離子的關鍵點了。”

“有沒有專門針對這方面的過程做一個檢查？”

對他來說，一項材料的詳細數據全都擺在眼前，并不難判斷出這種材料的核心關鍵點在那里。

眼下這種復合材料就是，特殊結構的碳納米管·鉿晶體結構，是他以往從未見過。

趙光貴點了點頭，道：“做了檢查，但是結果不太理想，我們沒法將您說的這種晶體結構單獨的剝離出來，單獨的用碳納米管和氧化鉿也無法重復出這種獨特排序的碳納米管·鉿晶體結構。”

“所以目前來說，只能得到這種材料的檢測數據，里面核心的晶體結構數據獲取不到。”

這種材料的檢測數據出來后，研究小組里面就有人冒出了和徐川一樣的想法，推測覺得是這種獨特的晶體結構在起作用。

只不過后續沒辦法將這種特殊結構分離出來，也就沒辦法確認到底是不是它在起核心增強作用了。

聞言，徐川摸了摸下巴，思索了起來。

如果沒法分離的，的確是無法判斷，不過這影響并不大，只要材料能用就行。

從檢測數據來看，無論是導熱系數還是耐高溫系、亦或者強度普通物理性能都滿足第一壁材料的需求。

當然，更關鍵的點并不在于這些尋常的性能，而在于抗氘氚高能粒子沖擊、伽馬射線、離子污染，以及最關鍵的抗中子輻照等高能領域方面。

前者問題不大，原子循環技術和輻射隙帶結構是經過了驗證的。

在資料數據上也有測試體現，雖然還沒做完整，但也可以窺見一斑了，相當優秀。

至于后者，后者目前還沒做實驗。

中子輻照實驗不是那么容易做的。

感興趣的問道：“你們是怎么想到這種材料的？”

他從手中的資料中看到了‘原子循環’和‘輻射隙帶’這兩種材料構建技術的痕跡。

最明顯的莫過于切面結構圖上呈現出的特殊的晶構隙帶了，那是用于吸收β輻射的晶體結構。

聽到這個問題，趙光貴有些不好意思的笑了笑，道：“嚴格來說，這種材料的思路其實并不是我一個人想到的。”

“在上次您安排了我研究碳材料后，我找韓錦教授和彭院士學習了解了一下您研發出來的原子循環技術和輻射隙帶這兩種技術。”

“在討論的過程中，韓錦教授提到了您在研究核廢料時研發的輻射電能半導體轉換材料。考慮到第一壁同樣會面臨強輻射問題，我覺得可以在碳納米材料中摻雜一些碳化硅材料作為雜質制造類半導體，用于導出輻射熱能轉化的電能，從而在一定程度上維持材料本身的穩定系數。”

“從這條路線上做研究，后面借助川海材料研究所那邊的材料模型，才逐漸往里面添加另外的氧化鉿材料作為增強劑的。”

“沒想到的是，作為增強劑的氧化鉿與碳納米管發生了意外的變化，兩者形成了一種特殊的晶體結構，不僅降低了碳材料的導熱系數，還帶來了新的改變，優化了碳材料吸收氘氚原料的缺點。”

聞言，徐川有些驚訝，問道：“這么說是運氣好意外了？”

頓了頓，他接著笑道：“當然，在材料學中，運氣也是實力的一部分。”

趙光貴有些不好意思的撓了撓頭。

的確，這次的材料研發拋開一些經驗流程外，完全可以說是意外了。

誰也沒想到氧化鉿作為添加劑加入碳材料后，在原子循環技術的輔助下，會形成獨特的碳納米管·鉿晶體結構。

這一點別說是他們這些研究員了，就是川海材料研究所那邊的材料計算模型也沒有推測到。

畢竟一開始借助模型的力量加入氧化鉿基材只不過是為了增加碳材料的強度而已。

只能說，材料領域的復雜反應，超級計算機都預測不過來。

或者換句說法，這是上天都在幫助他們！

繞開這個話題，趙光貴咽了口唾沫，有些緊張和擔憂的接著道：“從檢測數據來看，這份材料除了中子輻照外的其他性能，應該都達到了第一壁材料的要求。剩下的就看它在面對中子輻照的時候，性能怎么樣了。”

可控核聚變反應堆的第一壁材料選擇，可以說得上是所有問題中最復雜的之一，能排到前三。

難度絲毫不弱于高溫等離子體湍流的控制和氚自持。

至于這三個難題具體哪個更難，就見仁見智了。反正都不是什么好解決的麻煩。

徐川思忖了一下，道：“碳和硅在面對中子輻照的時候能保持較強的穩定性和完整性，唯一的擔憂點在于這種新型的碳納米管·鉿晶體結構了，在面對中子輻照的時候，它有多強的穩定性了。”

“雖然它在面對高能氘氚粒子和強輻射的沖擊時保持住自己的穩定性，但鉿金屬的衰變性質讓我有些擔憂，它在面對中子輻照的時候，不一定能撐住。”

想到這樣說別人辛辛苦苦做出來的材料可能不行，徐川又迅速補了一句：“當然，這些只是我根據數據做的理論分析，具體結果怎么樣，還需要看實驗數據。”

“等年后破曉裝置完成修復后，對你這種材料先做個測試看看，說不定咱們這次真的運氣好呢？”

“要是測試結果優秀，示范堆就可以開始建造了。”

聞言，趙光貴呼吸也急促了不少。

示范堆的建造啊，要是他能在這里面做出關鍵的貢獻，來年評個院士應該毫無壓力。

不過想了想，他又很快就冷靜了下來，有些緊張的咽了口唾沫。

中子輻照實驗才是真正的關鍵，撐不住這點，前面所有的努力所有的優秀性能都是白費的。

而眼前這位大佬說的，其實也沒問題。

鉿是耐熱合金材料的主要添加元素，而二氧化鉿則是具有寬帶隙和高介電常數的陶瓷材料，也是這次他們選擇它作為添加劑和催化劑的原因。

但鉿在面對中子輻照時，有一個很大的缺陷。

那就是鉿對待中子的態度很親和，簡單的來說，鉿能吸收中子，而且效率是尋常材料的數百倍。

在核裂變的原子能反應堆中，鈾充當核燃料，而鈾棒護套的理想材料就是添加了了鉿金屬的材料。

因為鉿對中子的吸收率極高，只需要添加少量的鉿，就能使核裂變過程中釋放中子透明度減小很多。

從這點來看，恐怕這次的材料可能會有極大的問題。

想著，趙光貴的笑容有些苦澀了起來，道：“鉿元素對中子的吸收率極高的，添加了鉿材料的鋯合金是用于鈾棒保護套的。”

“從這個關鍵點來看，恐怕這項材料通不過中子輻照了。”

徐川笑了笑，道：“可能性還是有的，只是我估摸著不大。”

微微頓了頓，他接著道：“不過咱們也并不是沒有希望，鉿元素對中子的吸收率極高，但別忘了它還有一個近乎雙胞胎的兄弟金屬元素。”

“或許你們可以試試鋯金屬，鋯和鉿同屬于化學元素周期表的VB族，化學性質很相似、在自然界中屬于共生在一起的兩個金屬類型。”

“或許你們可以試試用氧化鋯來做添加劑和催化劑，如果我推測的沒錯，這應該是可行的。”

聞言，趙光貴的眼神陡然明亮了起來，他迅速接著道：“最關鍵的是鋯對于中子的吸收率極低，在純度足夠的鋯中，中子很容易穿透過去。”

徐川笑著說道：“沒錯，鋯原子核對中子的吸收率很低，唯一的問題在于它能吸收氫，同理，氫的同位素氘氚也會被吸收。”

“不過作為添加劑的話，它的量并不會很大，略微的損失一些氘氚，換來第一壁的穩定性是可以接受的。”

趙光貴迅速點了點頭，道：“我這就回去重新準備實驗！”

大國院士 第三百九十九章上天都在幫助他們