Với bản phác thảo đó trong tay, kỹ sư trưởng Vương Tổng rời khỏi Viện Nghiên cứu Thiết bị Mô phỏng Sao STAR và ngay trong ngày hôm đó đã trở về trụ sở của Tập đoàn Công nghiệp Hạt nhân tại Thượng Kinh. Ông liền liên lạc với các chuyên gia trong viện về lĩnh vực phát điện từ dòng từ tính để thảo luận về khả thi của việc áp dụng công nghệ này vào các thiết bị nhiệt hạch có thể kiểm soát được.

Tuy nhiên, mặc dù người đứng đầu nhóm đã rời đi, nhóm làm việc của Tập đoàn Công nghiệp Hạt nhân vẫn ở lại Kim Lăng và tiếp tục trao đổi với các nhà nghiên cứu của Viện STAR về các vấn đề kỹ thuật.

Đồng thời, các thí nghiệm trên thiết bị STAR cũng không hề dừng lại.

Sau khi nhận được nguồn tài chính đầy đủ, viện gần như “phung phí” bằng cách tiến hành thí nghiệm mỗi ba ngày một lần, sử dụng hydro và heli làm đối tượng nghiên cứu để quan sát các đặc tính vật lý phức tạp của plasma bên trong thiết bị mô phỏng sao.

Thậm chí, để thu thập dữ liệu quý giá, Lục Chu còn ra lệnh cho người ta bơm 1mg hỗn hợp deuterium/tritium quý giá vào buồng phản ứng, mạo hiểm làm hỏng vật liệu bọc bên trong buồng phản ứng để tiến hành một cuộc thử nghiệm ban đầu.

Thực tế, cuộc thí nghiệm này đã gây ra một số hư hại cho thiết bị STAR, nhưng may mắn thay, mức độ hư hại vẫn nằm trong phạm vi có thể sửa chữa được. Tuy nhiên, dù vậy, toàn bộ thiết bị vẫn phải ngừng hoạt động trong một tháng để kiểm tra và sửa chữa.

Dĩ nhiên, mặc dù chi phí phải trả khá cao, nhưng thành quả thu được cũng rất xứng đáng.

Họ không chỉ chứng minh được khả thi của việc sử dụng công nghệ này để kích hoạt phản ứng nhiệt hạch, mà còn thu được một tấm kim loại lithium đã bị tia neutron mang năng lượng bắn xuyên qua.

Đặc biệt là yếu tố sau này, giá trị khoa học của nó thực sự không thể đo lường bằng tiền bạc.

Trong nước, có lẽ chỉ có họ mới có khả năng thực hiện những thí nghiệm xa xỉ như vậy.

Lúc này, tấm kim loại lithium quý giá đó đang yên bình nằm trên tấm kính thủy tinh không oxy đã được xử lý đặc biệt, do các nhân viên mặc đồ bảo hộ đặt dưới kính hiển vi điện tử quét để quan sát.

Bên ngoài phòng thí nghiệm, Lục Chu cùng nhóm nghiên cứu đang đứng trước máy tính và nhìn thấy dữ liệu và hình ảnh được thu thập từ kính hiển vi điện tử quét trên màn hình.

Như họ đã dự đoán, bề mặt kim loại vốn trước đây gọn gàng giờ đây đã trở nên đầy lỗ hổng.

Thông qua việc kiểm tra bằng máy quang phổ hồng ngoại, người ta thậm chí có thể nhìn thấy dấu vết của các nguyên tố heli và tritium còn sót lại trong những lỗ hổng uốn lượn đó.

Điều đáng m

“Tôi dám cá là thứ này chỉ cần chạm nhẹ vào là vỡ ngay.”

“Không cần phải cá đâu, ngay cả khi không bị tia neutron chiếu xạ, thứ này cũng chẳng thể nói là bền chắc gì.” Lục Chu nhìn chằm chằm vào những dữ liệu quý giá trên màn hình máy tính và nói ra.

Thịnh Hiến Phú lắc đầu: “Vấn đề không chỉ nằm ở tổn thương do bức xạ; tỷ lệ sinh sản triti cũng quá thấp. Và vấn đề then chốt nhất không phải là việc thu hồi chúng. Năng lượng mà tia neutron mang theo quá lớn; thường thì chúng không phản ứng với lớp Li-63 bên ngoài, mà lại lan tràn bên trong vật liệu bọc. Ngay cả khi tạo ra được triti cần thiết, chúng cũng bị mắc kẹt bên trong vật liệu và không thể lấy ra được.”

Những tia neutron mang năng lượng giống như những quả đạn; trước chúng, mọi liên kết kim loại đều yếu ớt đến mức không thể chống đỡ nổi.

Hơn nữa, những tia neutron xuyên qua lớp vỏ đầu tiên không chỉ tạo ra những lỗ hổng trên bề mặt; chúng còn tạo ra những khoang rỗng bên trong vật liệu, khiến cho toàn bộ lớp vỏ bị phồng to, trở nên giòn tan, thậm chí làm bong tróc lớp vật liệu bề mặt, từ đó gây ra những tai nạn nghiêm trọng.

Đây cũng là một trong những lý do chính khiến vật liệu bọc lò phản ứng fission không thể được sử dụng trực tiếp trong các lò phản ứng fusion.

Sự khác biệt giữa hai loại vật liệu này về khả năng chống chịu tổn thương do bức xạ lên đến hai bậc số.

Cho đến nay, nghiên cứu của họ đã bước vào lĩnh vực chưa từng được khám phá trước đây, và điều này có nghĩa là họ không thể dựa vào kinh nghiệm của người khác để tham khảo nữa. Việc sẽ làm gì tiếp theo, làm thế nào để giải quyết những vấn đề này,

tất cả đều phải dựa vào sự suy nghĩ của chính họ. Sau một lúc suy nghĩ, Giáo sư Lý Xương Hạ đề xuất: “Sao không thay vật liệu cấu trúc bằng molypden?”

“Molypden không được,” Lục Chu lập tức phủ nhận đề xuất đó, “Molypden có khả năng chịu nhiệt tốt, nhưng dưới tác động của tia neutron, nó sẽ biến đổi thành các nguyên tố phóng xạ.”

Một nhà nghiên cứu khác tiếp tục đề xuất: “Còn tungsten thì sao? Tungsten cũng có khả năng chịu nhiệt tốt, và sản phẩm biến đổi của nó là osmi và rheni – không gây ra vấn đề phóng xạ!”

Lần này, Lý Xương Hạ không cần phải nói gì nữa; ông lắc đầu: “Đó là vấn đề đã được bàn luận nhiều lần rồi. Khả năng chịu nhiệt của tungsten thì không sai, nhưng độ dẻo của nó quá kém. Các ứng suất nhiệt sẽ khiến bề mặt vật liệu bị nứt… Khi tôi thăm viện nghiên cứu DIIID, họ có một báo cáo chuyên đề về vấn đề này. Nói chung, việc sử dụng tungsten là không khả thi.”

Phòng thí

Thịnh Hiến Phú ngập ngừng một chút, rồi cười và lắc đầu: “Nếu để chúng thoát ra ngoài, làm sao chúng ta có thể thu hồi các neutron được tạo ra trong phản ứng?”

Việc thu hồi các neutron sinh ra từ phản ứng nhiệt hợp DT là yếu tố then chốt trong công nghệ lò phản ứng nhiệt hợp. Bởi vì giá trị của nguyên liệu triti cao gấp hàng chục nghìn lần so với deuteri; không chỉ tính theo gam, mà chi phí cho mỗi gam triti còn lên tới 30.000 đô la Mỹ (dữ liệu năm 2017).

Nếu không thể thu hồi các neutron này, không chỉ sẽ xảy ra tổn thất năng lượng lớn, mà việc mất đi triti còn có thể khiến lò phản ứng phải dừng hoạt động.

Trong một lò phản ứng nhiệt hợp lý tưởng, cả triti lẫn neutron đều cần được bảo quản như những sản phẩm trung gian; chỉ có khí heli và nhiệt lượng là các chất thải cuối cùng được tạo ra.

Vì vậy, việc để các neutron thoát ra ngoài là điều không thể chấp nhận được; chúng ta nhất định phải giữ chúng lại.

Nghe thấy câu hỏi đó của Thịnh Hiến Phú, Lục Chu Đạm Đạm cười nhẹ và tiếp tục nói:

“Việc ‘thả’ chúng ra không có nghĩa là chúng thực sự thoát khỏi khu vực phản ứng. Về mặt lý thuyết, dù chúng ta thiết kế cấu trúc bức tường đầu tiên như thế nào, cũng không thể tránh khỏi việc các tia neutron gây hại cho các liên kết kim loại. Hơn nữa, khả năng tự sửa chữa của kim loại rất kém, và còn tồn tại vấn đề biến đổi hạt nhân khó giải quyết nữa.”

“Vì vậy, tại sao chúng ta không sử dụng những vật liệu cho phép neutron đi qua nhưng lại có khả năng tự sửa chữa tốt làm bức tường đầu tiên, sau đó sử dụng lithium-63 ở trạng thái lỏng để thu hồi các neutron phía sau bức tường đó? Còn phía bên kia của lithium-63, chúng ta có thể bọc một lớp kim loại berili để phản xạ những neutron đã đi qua lớp lithium nhưng chưa phản ứng.”

Thiết kế này tương đương với việc đặt lớp lithium lỏng giữa bức tường đầu tiên và lớp berili.

Thịnh Hiến Phú cúi đầu suy nghĩ một lúc, cảm thấy phương pháp này có vẻ khả thi, nhưng vẫn cảm thấy còn nhiều vấn đề chưa được giải quyết. Sau khi suy nghĩ kỹ, ông đưa ra hai vấn đề rõ ràng nhất mà ông có thể nghĩ đến:

“Nhưng loại vật liệu cho phép neutron đi qua và có khả năng tự sửa chữa tốt mà bạn nói đến, chúng ta sẽ tìm nó ở đâu? Ngay cả khi đặt vật liệu lithium phía sau bức tường đầu tiên, chúng ta vẫn không thể giải quyết được vấn đề tổn hại do bức xạ neutron gây ra cho vật liệu cấu trúc. Hơn nữa, như bạn đã nói, sau khi thu hồi triti phía sau bức tường đầu tiên, làm thế nào chúng ta có thể vận chuyển nó trở lại bên trong lò phản ứng?”

Nghe thấy hai vấn đề này,

“Sau đó, chúng ta chỉ cần thu hồi lượng ‘khí’ được tạo ra ở phía trên toàn bộ hệ thống là được.”

Lượng triti và heli được coi là khí thải sẽ được đưa trở lại buồng phản ứng để gia nhiệt và ion hóa. Còn về việc loại bỏ heli khỏi lò phản ứng, thì đó chính là công việc của các bộ lọc đặc biệt.

Về việc sử dụng bộ lọc đặc biệt loại làm mát bằng nước hay loại làm từ tungsten-copper, hoặc các loại bộ lọc khác, thì chúng ta có thể quyết định dựa trên nhu cầu cụ thể khi đó. Mặc dù kỹ thuật này rất quan trọng, nhưng không phải là điều không thể giải quyết được.

Nói đến đây, Lục Chu dừng lại một chút rồi tiếp tục: “Còn về câu hỏi đầu tiên bạn đưa ra, loại vật liệu như vậy không thể tìm thấy trong các hợp kim. Vì vậy, chúng ta thà bỏ qua việc sử dụng kim loại còn hơn!”

Ngay khi nghe thấy điều này, không chỉ Thịnh Hiến Phú – người đã đặt ra câu hỏi – mà cả Giáo sư Lý Xương Hạ và tất cả mọi người trong phòng thí nghiệm đều sững sờ.

Bỏ qua việc sử dụng kim loại?

Điều này...

quá tiên tiến rồi phải không?

“Vật liệu cấu trúc không cần sử dụng kim loại à?” Giáo sư Lý Xương Hạ ngạc nhiên nhìn Lục Chu, “vậy thì sử dụng cái gì?”

Chẳng lẽ là gốm sứ sao?

Mặc dù đã có những nghiên cứu thử nghiệm như vậy và kết quả cũng khá ổn, nhưng vấn đề then chốt là gốm sứ có khả năng dẫn nhiệt kém quá mức.

Nếu không thể loại bỏ nhiệt lượng được tạo ra khỏi lò phản ứng, cuối cùng vẫn sẽ xảy ra vấn đề.

“Sử dụng carbon,” Lục Chu dừng lại một chút rồi nói với giọng chắc chắn, “hoặc nói chính xác hơn, là vật liệu composite từ sợi carbon!”

Đây không phải là ý tưởng bỗng nhiên xuất hiện của Lục Chu; trước đó, anh đã suy nghĩ về vấn đề này rất lâu. Ngay từ khi còn trao đổi với Giáo sư Kreber tại Viện Nghiên cứu Spiral Stone 7X, anh đã bắt đầu suy nghĩ về điều này.

Hạt nhân carbon khá ổn định, ít phản ứng với neutron, và có thể đóng vai trò như một tấm lót để giảm bớt tác động của chùm neutron khi chúng tiếp xúc với lớp lithium lỏng. Phần năng lượng bị giảm bớt do lớp sợi carbon sẽ được giải phóng dưới dạng nhiệt, và nhờ vào khả năng dẫn nhiệt tốt của nó, nhiệt lượng đó có thể dễ dàng được loại bỏ khỏi bên trong lò phản ứng.

Về khả năng chịu nhiệt, cũng không thành vấn đề gì cả.

Khi không tiếp xúc với không khí và chất oxy hóa, vật liệu từ sợi carbon có thể chịu đựng được nhiệt độ cao trên 3000 độ C, tương đương với điểm nóng chảy của tungsten, hoàn toàn phù hợp với yêu cầu của vật liệu dùng cho bức tường bên trong lò phản ứng!

Nh

Lớp chắn này được làm từ hỗn hợp parafin, nước và borocarbon, sau đó được bọc bởi vữa chuyên dụng cho lĩnh vực điện hạt nhân. Như vậy, chúng ta hoàn toàn có hy vọng giải quyết được vấn đề liên quan đến sự tích tụ của triti!

Còn về việc lựa chọn loại vật liệu composite từ carbon fiber nào, và làm thế nào để khắc phục vấn đề tự sửa chữa của các vật liệu này, thì đây sẽ là nhiệm vụ mà Viện Nghiên cứu Vật liệu thuộc Cao đẳng nghiên cứu viện Kim Linh sẽ đảm nhận.

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

Giáo sư Lý Xương Hạ không nhịn được mà nói: “Điều này thật sự…”

Ông muốn nói rằng điều này thật sự quá khó tin.

Nhưng ngay khi ông vừa nói xong nửa câu, Thịnh Hiến Phú đã ngắt lời ông:

“Không, cũng không chắc đâu… Nhưng cách làm này thực sự có hiệu quả!”

Ngắt lời giáo sư Lý, Thịnh Hiến Phú liên tục vuốt ve cằm bằng ngón tay trỏ, ánh mắt ông càng lúc càng sáng lên.

“Tôi đã nghiên cứu các tài liệu liên quan, và việc sử dụng carbon fiber thay thế một phần thép austenit và thép wolfram trong các cấu trúc kỹ thuật là một hướng tiếp cận được coi là rất triển vọng trong lĩnh vực nhiệt hạch có thể kiểm soát được, cũng giống như công nghệ gốm nano vậy!”

“Tuy nhiên, việc sử dụng vật liệu composite từ carbon fiber thay thế hoàn toàn các vật liệu kim loại làm thành phần chính của cấu trúc, hay việc đặt chùm neutron sau khi bị làm chậm bên ngoài lớp vật liệu bọc để phản ứng với lithium lỏng, sau đó thu hồi triti có trong lithium lỏng thông qua các quá trình vận chuyển… Đây là những điều tôi chưa từng nghe đến trước đây.”

Rõ ràng, những thách thức trong việc thực hiện những ý tưởng này là không hề nhỏ, và vấn đề không chỉ nằm ở bản thân vật liệu composite từ carbon fiber mà còn ở nhiều yếu tố khác nữa, chẳng hạn như việc kiểm soát nhiệt độ. Nhiệt độ hoạt động của vật liệu carbon fiber ở bức tường đầu tiên khoảng 3000 độ C, trong khi nhiệt độ sôi của kim loại lithium chỉ là 1340 độ C.

Nếu không thể loại bỏ nhiệt độ dư thừa kịp thời, lithium lỏng trong hệ thống thu hồi neutron có nguy cơ bị bay hơi; trong trường hợp nhẹ, nó có thể cùng với hỗn hợp triti và heli được tạo ra trong phản ứng đi vào lò phản ứng, còn trong trường hợp nặng, thậm chí có thể gây ra vụ nổ cho toàn bộ lò phản ứng…

Ngoài ra, còn có vấn đề về sự thay đổi thể tích khi lithium lỏng đông lại khi lò phản ứng tạm ngừng hoạt động…

Nhưng như Lục Chu đã nói, hướng tiếp cận này dường như khá khả thi.

Ít nhất thì, nó cũng đáng để thử!

(Tối qua tôi đã ra ngoài thu thập tài liệu.)