大国院士 - 第398章 上天都在帮助他们！

    从赵光贵手中接过数据资料，徐川认真的翻阅了起来。
    高能中子束的辐照问题，一直是全世界都在研究的世纪难题。
    高能中子们最麻烦的地方并不在于自身携带的辐射，而是它可以与不同元素的原子核相撞。
    中子与各种原子核相撞，会出现“中子激发”现象，产生不稳定同位素，使物质具放射性，损坏物质的结构。
    简单的来说，有些像原本材料是一家四口，两个中子+两个质子组成了恩爱的一家人。
    然后外来的高能中子撞到原子核后，像个小三一样强行的插入进去了，然后，家庭就破散不完美了。
    目前科学界对中子辐照难题进行处理，一般都是使用中子慢化材料和慢中子吸收物质配合使用，来截停中子辐照。
    其中中子慢化材料分重轻元素两种，重元素主要为常见的铅、钨、钡等金属材料。
    它们可阻滞快中子，降低中子束的能量，使其成为慢中子。
    而经过重元素慢化的中子，还需要轻元素再进一步慢化，才能被慢中子吸收物质吸收。
    这一步主要是使用水、石蜡、聚乙烯等高聚氢的材料进行处理。
    经过轻元素处理后的慢中子，才能被含锂或硼的材料，如氟化锂、溴化锂、氧化硼等材料彻底吸收消灭。
    否则即便是再慢的中子，也具有对材料或人体生物的破坏性。
    光是处理中子就这么麻烦了，而可控核聚变第一壁材料还要承受高温、氘氚高能粒子、伽马射线、离子污染等各种问题。
    即便是通过原子循环技术和辐射隙带构建的材料有着吸收辐射与射线的能力，要寻找到一种能够让中子通过、面对高温、保持自我修复的材料也是一件相当难的事情。
    尤其是在排除掉金属材料这一选项后，就更难了。
    毕竟非金属材料中能够面对数千度高温的根本就不多。
    陶瓷材料算一个、碳材料算一个（石墨、金刚石这些也是碳材料）、复合材料也算，不过这个的种类就繁多了，且只有部分可用。
    目前来说，能承受三千摄氏度以上高温的非金属材料，就这些。
    而这些材料作为第一壁材料，基本都有各自的缺陷。
    所以在听到这位赵教授说他们研发出来的新型材料可能有着应用在第一壁材料上的潜力时，徐川内心是相当惊讶的。
    毕竟从他正式下达研究第一壁材料的指令到现在，时间也就两三个月而已。
    哪怕是他一开始就指明了方向和相关的方法，也有着川海材料研究所那边的材料计算数学模型的辅助，这个速度也有些太快了。
    费了十来分钟的时间，徐川认真的将手中的数据资料完整的看了一遍。
    从手中的资料来看，赵光贵他们研发出来的是一种碳纳米管+碳纤维增强碳化硅+氧化铪基复合材料。
    从属性上来看，类似于耐高温复合陶瓷材料，具备大部分耐温高温陶瓷材料的性质。
    不同的点在于因为主体结构是碳纳米管与碳纤维增强碳化硅材料的原因，在导热系数方面相对比陶瓷材料得到了不小的提升。
    普通的陶瓷材料的导热系数在0.5-1w/m·k之间，而这种复合材料，导热系数在52.11w/m·k，超过了石墨的40w/m·k。
    当然，50w/m·k的导热系数，在一些特种陶瓷里面并不算什么。
    比如碳化硅（sic）陶瓷基材导热率能达到120-490 w/m·k，氮化铝（aln）陶瓷基材的导热率为170-230 w/mk。
    这两种陶瓷基材算是陶瓷基材中导热系数最好的了，不过它们的耐高温程度都不够。
    绝大部分的碳化硅一般超过1600度就会融化，而氮化铝最高虽然可稳定到2200度，但依旧达不到3000度的要求。
    当然，如果仅仅是温度不达标的话，通过水冷设备还是可以维持住温度的，关键点在于中子辐照对于金属键的破坏。
    氧化铝虽然是陶瓷材料，但铝金属键是核心支撑键，中子辐照对金属键的破坏尤为明显。
    至于碳纳米管材料和碳纤维材料，虽然在无氧的环境中能抗住超过三千度的温度，但单纯的碳材料对氘氚原料的吸收问题太严重了。
    导致纯碳材料，如石墨烯、碳纳米管很难应用到第一壁上面。
    至于赵光贵他们研究出来的这种增强复合型材料，在无氧的环境下，能抗住超过三千四百摄氏度的超高温。
    这一数值，如果是在纯金属中进行比较，也就钨能比得上了。
    如果是合金的话，距离五碳化四钽铪（ta4hfc5）4215摄氏度的熔点还是有一些距离的。
    不过应用在可控核聚变反应堆的第一壁上，足够了。
    最关键的在于对氘氚原料的吸收，这一点从检测结果上可以看出，这种复合型材料，除非是携带高能的氘氚离子失控撞击到材料表面，否则并不会与材料本身结合反应。
    将手中的文档放在桌上，徐川抬头看向赵光贵，感兴趣的问道：
    “有点意思，从材料的横切面电镜图来看，似乎是原子循环技术和辐射隙带结构导致碳纳米管与氧化铪基材出现了结合，碳纳米管的化学键取代了氧化铪基材的氧化学键，形成了独特排序的碳纳米管·铪晶体结构。”
    “而这种独特排序的碳纳米管·铪晶体结构，应该就是这种复合材料耐高温与不再吸收氘氚离子的关键点了。”
    “有没有专门针对这方面的过程做一个检查？”
    对他来说，一项材料的详细数据全都摆在眼前，并不难判断出这种材料的核心关键点在那里。
    眼下这种复合材料就是，特殊结构的碳纳米管·铪晶体结构，是他以往从未见过。
    赵光贵点了点头，道：“做了检查，但是结果不太理想，我们没法将您说的这种晶体结构单独的剥离出来，单独的用碳纳米管和氧化铪也无法重复出这种独特排序的碳纳米管·铪晶体结构。”
    “所以目前来说，只能得到这种材料的检测数据，里面核心的晶体结构数据获取不到。”
    这种材料的检测数据出来后，研究小组里面就有人冒出了和徐川一样的想法，推测觉得是这种独特的晶体结构在起作用。
    只不过后续没办法将这种特殊结构分离出来，也就没办法确认到底是不是它在起核心增强作用了。
    闻言，徐川摸了摸下巴，思索了起来。
    如果没法分离的，的确是无法判断，不过这影响并不大，只要材料能用就行。
    从检测数据来看，无论是导热系数还是耐高温系、亦或者强度普通物理性能都满足第一壁材料的需求。
    当然，更关键的点并不在于这些寻常的性能，而在于抗氘氚高能粒子冲击、伽马射线、离子污染，以及最关键的抗中子辐照等高能领域方面。
    前者问题不大，原子循环技术和辐射隙带结构是经过了验证的。
    在资料数据上也有测试体现，虽然还没做完整，但也可以窥见一斑了，相当优秀。
    至于后者，后者目前还没做实验。
    中子辐照实验不是那么容易做的。
    感兴趣的问道：“你们是怎么想到这种材料的？”
    他从手中的资料中看到了‘原子循环’和‘辐射隙带’这两种材料构建技术的痕迹。
    最明显的莫过于切面结构图上呈现出的特殊的晶构隙带了，那是用于吸收β辐射的晶体结构。
    听到这个问题，赵光贵有些不好意思的笑了笑，道：“严格来说，这种材料的思路其实并不是我一个人想到的。”
    “在上次您安排了我研究碳材料后，我找韩锦教授和彭院士学习了解了一下您研发出来的原子循环技术和辐射隙带这两种技术。”
    “在讨论的过程中，韩锦教授提到了您在研究核废料时研发的辐射电能半导体转换材料。考虑到第一壁同样会面临强辐射问题，我觉得可以在碳纳米材料中掺杂一些碳化硅材料作为杂质制造类半导体，用于导出辐射热能转化的电能，从而在一定程度上维持材料本身的稳定系数。”
    “从这条路线上做研究，后面借助川海材料研究所那边的材料模型，才逐渐往里面添加另外的氧化铪材料作为增强剂的。”
    “没想到的是，作为增强剂的氧化铪与碳纳米管发生了意外的变化，两者形成了一种特殊的晶体结构，不仅降低了碳材料的导热系数，还带来了新的改变，优化了碳材料吸收氘氚原料的缺点。”
    闻言，徐川有些惊讶，问道：“这么说是运气好意外了？”
    顿了顿，他接着笑道：“当然，在材料学中，运气也是实力的一部分。”
    赵光贵有些不好意思的挠了挠头。
    的确，这次的材料研发抛开一些经验流程外，完全可以说是意外了。
    谁也没想到氧化铪作为添加剂加入碳材料后，在原子循环技术的辅助下，会形成独特的碳纳米管·铪晶体结构。
    这一点别说是他们这些研究员了，就是川海材料研究所那边的材料计算模型也没有推测到。
    毕竟一开始借助模型的力量加入氧化铪基材只不过是为了增加碳材料的强度而已。
    只能说，材料领域的复杂反应，超级计算机都预测不过来。
    或者换句说法，这是上天都在帮助他们！
    绕开这个话题，赵光贵咽了口唾沫，有些紧张和担忧的接着道：“从检测数据来看，这份材料除了中子辐照外的其他性能，应该都达到了第一壁材料的要求。剩下的就看它在面对中子辐照的时候，性能怎么样了。”
    可控核聚变反应堆的第一壁材料选择，可以说得上是所有问题中最复杂的之一，能排到前三。
    难度丝毫不弱于高温等离子体湍流的控制和氚自持。
    至于这三个难题具体哪个更难，就见仁见智了。反正都不是什么好解决的麻烦。
    徐川思忖了一下，道：“碳和硅在面对中子辐照的时候能保持较强的稳定性和完整性，唯一的担忧点在于这种新型的碳纳米管·铪晶体结构了，在面对中子辐照的时候，它有多强的稳定性了。”
    “虽然它在面对高能氘氚粒子和强辐射的冲击时保持住自己的稳定性，但铪金属的衰变性质让我有些担忧，它在面对中子辐照的时候，不一定能撑住。”
    想到这样说别人辛辛苦苦做出来的材料可能不行，徐川又迅速补了一句：“当然，这些只是我根据数据做的理论分析，具体结果怎么样，还需要看实验数据。”
    “等年后破晓装置完成修复后，对你这种材料先做个测试看看，说不定咱们这次真的运气好呢？”
    “要是测试结果优秀，示范堆就可以开始建造了。”
    闻言，赵光贵呼吸也急促了不少。
    示范堆的建造啊，要是他能在这里面做出关键的贡献，来年评个院士应该毫无压力。
    不过想了想，他又很快就冷静了下来，有些紧张的咽了口唾沫。
    中子辐照实验才是真正的关键，撑不住这点，前面所有的努力所有的优秀性能都是白费的。
    而眼前这位大佬说的，其实也没问题。
    铪是耐热合金材料的主要添加元素，而二氧化铪则是具有宽带隙和高介电常数的陶瓷材料，也是这次他们选择它作为添加剂和催化剂的原因。
    但铪在面对中子辐照时，有一个很大的缺陷。
    那就是铪对待中子的态度很亲和，简单的来说，铪能吸收中子，而且效率是寻常材料的数百倍。
    在核裂变的原子能反应堆中，铀充当核燃料，而铀棒护套的理想材料就是添加了了铪金属的材料。
    因为铪对中子的吸收率极高，只需要添加少量的铪，就能使核裂变过程中释放中子透明度减小很多。
    从这点来看，恐怕这次的材料可能会有极大的问题。
    想着，赵光贵的笑容有些苦涩了起来，道：“铪元素对中子的吸收率极高的，添加了铪材料的锆合金是用于铀棒保护套的。”
    “从这个关键点来看，恐怕这项材料通不过中子辐照了。”
    徐川笑了笑，道：“可能性还是有的，只是我估摸着不大。”
    微微顿了顿，他接着道：“不过咱们也并不是没有希望，铪元素对中子的吸收率极高，但别忘了它还有一个近乎双胞胎的兄弟金属元素。”
    “或许你们可以试试锆金属，锆和铪同属于化学元素周期表的vb族，化学性质很相似、在自然界中属于共生在一起的两个金属类型。”
    “或许你们可以试试用氧化锆来做添加剂和催化剂，如果我推测的没错，这应该是可行的。”
    闻言，赵光贵的眼神陡然明亮了起来，他迅速接着道：“最关键的是锆对于中子的吸收率极低，在纯度足够的锆中，中子很容易穿透过去。”
    徐川笑着说道：“没错，锆原子核对中子的吸收率很低，唯一的问题在于它能吸收氢，同理，氢的同位素氘氚也会被吸收。”
    “不过作为添加剂的话，它的量并不会很大，略微的损失一些氘氚，换来第一壁的稳定性是可以接受的。”
    赵光贵迅速点了点头，道：“我这就回去重新准备实验！”
    ps：上午去拿核磁共振结果去了，今天只有一更，明天有双更。