第15章 中子倍增层-《从华夏崛起到星辰大海》

  专项小组的攻坚工作陷入了泥潭。

  连续七天,赵秉钧和李维教授带领团队尝试了林枫最初提出的几种“表层钝化”和“晶界工程”方案。

  他们在实验室环境下,利用离子注入和激光表面处理等手段,确实在一定程度上提升了“金乌”材料抗氦气泡形核的能力。

  然而,当将这些处理过的样本置于更强度的模拟中子辐照环境下时,效果却并不理想。

  “林顾问,我们改进了表层,但中子会直接穿透,在材料体内部造成损伤。”

  赵秉钧指着最新的测试报告,眉头紧锁,“我们就像是给一件盔甲表面打了层蜡,但无法抵挡穿透盔甲的内伤。

  氦气泡依然在晶界深处形成,非线性协同效应只是被稍稍推迟,并未根除。”

  李维教授也补充道:“而且,一些强化表层的处理,甚至略微影响了‘金乌’材料本身的‘主动修复’网络活性,有点得不偿失。”

  实验室里的气氛有些压抑。时间一天天过去,距离暂定的长时间运行测试窗口越来越近,压力与日俱增。

  部分原本就对此持保留态度的团队成员,私下里开始流露出“是否过于谨慎”、“模型预测是否过于悲观”的议论。

  林枫将自己关在数据分析间里,面前屏幕上流动的不再是“后羿”的实时数据,而是系统界面中疯狂演算的无数种材料组合与结构模型。

  他知道,常规的修修补补已经无法解决这个根植于物理本质的难题。

  必须跳出“强化第一壁本身”的思维定式,换一个维度思考。

  “如果无法完全阻止高能中子进入第一壁,那么,能否在它进入之前,就改变它?”

  一个灵感如同闪电般划过林枫的脑海。

  他立刻在系统界面中输入新的指令:

  【推演目标:寻找一种置于等离子体与第一壁之间的功能夹层结构。

  该结构需具备高效慢化、吸收14.1 meV高能中子,并将其转化为低能中子或其它无害粒子的能力。

  同时,该结构本身需具备极高的抗辐照、抗热负荷性能,且不影响等离子体约束和装置运行。】

  【关键词:中子倍增效应 (Neutron multiplication),嬗变,低活化材料,能量转换。】

  系统运算核心全开,海量的核数据库被调用,复杂的蒙特卡洛模拟在虚拟空间中以亿万次频率运行。

  无数种元素组合、晶体结构、多层复合方案被提出、验证、淘汰……

  时间一分一秒过去,林枫的额头渗出细密的汗珠,精神高度集中。

  终于,在经历了数十个小时不眠不休的推演后,系统界面定格在一种极其复杂的三维复合结构上。

  【方案生成完毕:代号“息壤”。】

  【核心原理:利用特定同位素(如钽-181,钨-186等)的(n, 2n) 或 (n, n‘a) 等中子核反应,实现中子倍增与降能。

  高能中子撞击“息壤”层原子核,可“分裂”出两个或多个能量较低的中子。

  这些低能中子更容易被后续材料层吸收或慢化,大幅减少抵达第一壁的高能中子通量和能量。】

  【结构设计:梯度复合夹层。最内层为高密度、高熔点的钨基碳化硼陶瓷复合材料,主要负责承受部分热负荷和初始中子冲击;

  中间层为富含中子倍增同位素的钽-铪-稀土氧化物有序纳米孔道结构,是实现中子“繁殖”与降能的核心;

  最外层为具有高效中子吸收能力的锂化钛\/钇氢化物复合薄膜,用于“捕获”经过倍增降能后的中子,并避免中子反射回等离子体。】

  【性能预测:可过滤掉约85% 的14.1 meV高能中子,将其能量谱峰值转移至1 meV以下区域。

  预计可使第一壁所承受的位移损伤 (dpa) 和氦产生率 (appm) 降低一个数量级,彻底消除非线性协同效应触发条件。

  自身可在极端环境下稳定运行超过小时。】

  林枫长长地舒了一口气,眼中布满了血丝,却闪烁着兴奋的光芒。

  “息壤”,神话中能自行生长、永不耗减的土壤,这个名字正契合了这种能“繁殖”并转化中子的神奇结构。

  他没有丝毫停歇,立刻将“息壤”的初步设计方案、核心原理和关键材料清单整理出来,召集专项小组核心成员。

  当林枫将“息壤”的概念和结构图投射到屏幕上时,会议室里先是死一般的寂静,随即爆发出比之前质疑时更强烈的声浪。

  “中……中子倍增层?利用(n,2n)反应来‘以毒攻毒’?”

  一位核物理专家猛地站起身,几乎把脸贴到屏幕上,声音因激动而颤抖。

  “天才!简直是天才的构想!这完全跳出了我们固守的防御思维!”

  赵秉钧也震惊地看着那复杂的梯度结构:

  “钽-181的(n,2n)反应截面确实很可观……钨-186也是……但是,如何将这些材料以如此精细的纳米孔道结构复合在一起?

  还要保证在强辐射下的结构稳定性?这工艺……”

  “工艺可以实现。”

  林枫肯定地说,他调出了系统推演出的几种非标制备工艺路线。

  “我们可以借鉴合成‘金乌’核心时积累的‘能量场编织’技术,结合脉冲磁控溅射和选区激光熔化3d打印,实现这种多孔道、多材料的一体化成型。

  关键是需要制备几种特殊的先驱体粉末,涉及锂-6、钇-179等同位素的富集和掺杂……”

  李维教授则更关注实际影响:

  “林顾问,这个‘息壤’层会增加等离子体与第一壁之间的间距,会不会影响磁约束?

  它的引入会不会带来新的不稳定性?”

  “我已经考虑过。”

  林枫切换画面,展示了电磁场和粒子输运的联合模拟结果,“‘息壤’层的厚度经过优化,控制在可接受范围内。

  其材料选择也考虑了电磁性质,对环向场和极向场的影响微乎其微。

  相反,由于它有效降低了高能中子对第一壁的轰击,反而会减少第一壁材料蒸发带来的杂质,可能对等离子体纯度有轻微正面影响。”

  质疑声渐渐被更深入的技术探讨所取代。

  林枫的方案,不仅提出了一个全新的防护理念,更提供了看似可行的技术路径和令人信服的数据预测。

  之前笼罩在团队上空的阴霾被一种强烈的求知欲和挑战欲所驱散。

  在陈院士和郑强将军的全力支持下,“息壤”项目以最高的优先级启动。

  专项小组的工作重心立刻转移,集中全国最强的核材料、陶瓷合成、精密制造领域的力量,攻克“息壤”层的制备难关。

  过程依然充满挑战。如何精确控制纳米孔道的尺寸和分布?

  如何确保倍增同位素在孔道内的均匀分布和牢固结合?

  如何解决锂基材料在高温下的挥发性问题?一个个难题接踵而至。

  但这一次,团队有了明确的方向和强大的信心。

  林枫坐镇指挥,凭借系统的辅助,总能在他人的思路陷入僵局时,提出一针见血的建议或提供一个关键的工艺参数调整。

  经过二十个昼夜不息的奋战,第一片巴掌大小的“息壤”原型样品,终于在真空合成舱中诞生。

  它呈现出一种奇异的暗灰色,表面布满了肉眼无法分辨的、规则排列的微孔,拿在手中,感觉比看起来要沉重得多。

  紧急进行的模拟辐照测试结果,让所有参与者的心都提到了嗓子眼。

  当高强度14.1 meV中子束照射到“息壤”样品上时,布置在样品后的中子能谱仪清晰显示,穿透样品的中子能谱发生了根本性的改变——

  高能的尖峰几乎消失,代之以集中在1 meV以下的宽阔能谱。

  数据分析证实,高能中子的过滤效率达到了82%!

  略低于模型预测,但已完全足够将第一壁的损伤风险降至安全阈值以下!

  同时,对样品本身的检测表明,其结构在测试后保持完好,表现出了优异的抗辐照性能。

  “成功了!我们成功了!”

  实验室里爆发出震耳欲聋的欢呼声,许多人相拥而泣,这二十天的压力与疲惫在这一刻彻底释放。

  赵秉钧紧紧握住林枫的手,老泪纵横:

  “林顾问……服了!我赵秉钧这辈子没服过几个人,今天我是真服了你了!

  这不是修补,这是革新!你给‘后羿’穿上了一件真正的‘中子盾’!”

  李维教授也感慨万分:“之前我们的疑虑……现在看来,确实是眼界不够。

  林枫,你又一次拯救了项目。”

  消息传到总指挥部,郑强将军用力一拍桌子,连说了三个“好!”字。

  陈明远院士则露出了如释重负的欣慰笑容。

  “息壤”层的成功研发,不仅化解了“中子辐照脆化”的致命危机,更意外地提升了“后羿”装置的整体安全性和潜在运行寿命。

  相关的技术,甚至对未来的核废料嬗变、先进核能系统都有着深远的影响。

  “后羿”装置的最后一块技术拼图,终于完美就位。

  林枫用他超越时代的智慧和无与伦比的决断力,再次将命运的舵轮牢牢掌握在自己手中。

  接下来,便是等待那最终点火的时刻,让“人造太阳”的光芒,照亮东方的地平线。