第438章 可控核聚变的难点

制裁事件的讨论仍在社会各界持续发酵，江辰蓦然发现，好像手头上暂时没了要紧的事务。 在贵飞公司，胡工已经顺利接手了总设计师的职责，他完全融入了这一角色，开始全面指导和引领项目的各项工作。 随着电磁兼容材料问题的解决，江辰的参与已不再必要，剩余的挑战恰好成为了锻炼和提升团队能力的绝佳机会。 直至年终，他都拥有大段可以自由时间。 江辰悠闲地倚靠在椅子上，脑海中开始系统地回顾和梳理可控核聚变领域所需的各种知识。 可控核聚变的理论概念自提出以来，不过短短不到八十年的时间，而在其被提出后的仅仅五年，核裂变现象就被科学家们所发现。 谈及核聚变反应堆的基本原理，其实相当简单且易于理解。 首先，操作的第一步涉及将作为核心反应物的混合气体进行加热，直至其达到等离子态。 在这一状态下，电子能够获得足够的能量，从而摆脱原子核的束缚，实现自由移动。 达到这一状态，需要确保反应环境的温度达到大约10万摄氏度，这样的高温条件使得原子核之间能够发生直接的接触。 接下来，进入第二步，为了克服原子核间存在的斥力，即所谓的库仑力，必须使原子核以极高的速度进行运动。 实现这一目标的方法相对直接，只需在第一步的基础上继续加热，使温度飙升至上亿摄氏度。 当温度达到这一极端水平时，第三步便随之展开。 在这样的极端条件下，氚的原子核与氘的原子核会以极高的速度相互碰撞，进而产生新的氦核以及中子。 这一碰撞过程会伴随着巨大能量的释放。 值得注意的是，在此之后，反应体将不再需要外部能源来维持其高温状态。 因为核聚变反应本身所产生的温度已经足够支持原子核继续发生聚变。 为了确保核聚变反应的持续进行，只需及时地将生成的氦原子核和中子从反应体系中排除，并持续输入新的氚和氘混合气体。 通过这一系列的操作，核聚变反应便能够稳定且持续地进行下去。 聚变反应所生成的能量，仅需保留一小部分在反应体系内部以维持其持续运转。 剩余的大部分能量则可以被输出并用作各种实际应用中的能源。 这一原理听起来似乎相当简单明了。 然而，在实际操作中，却面临着重重困难与挑战。 尽管如此，由于可控核聚变技术一旦成功研发，将有望使人类彻底摆脱能源短缺的束缚。 因此，全球各国对于这一领域的研究从未间断过。 在探索的过程中，一代又一代的科学家不断总结经验，并归纳出了几项关键的技术难题。 其中，首要的问题就是如何创造并维持一个高温高压的环境。 这要求达到上亿摄氏度的高温，并将这些高温物质压缩到极高的密度。 遗憾的是，目前全球范围内尚未发现任何材料能够承受如此极端的温度和压力条件。 为了克服这一难题，科学家们开创性地提出了一种新的解决方案，即托卡马克装置。 托卡马克是一种利用磁约束技术来实现可控核聚变的环形容器。 具体来说，它的中央部分是一个环形的真空密闭空间，而外部则紧密地缠绕着多组线圈。 当这些线圈通电后，会在装置内部产生一个强大的螺旋形磁场。 在磁场力的作用下，等离子体开始运动，并被加热到极高的温度，从而为实现核聚变反应创造了必要的条件。 这又引出了第二个重大的技术挑战，即超导磁体的研发难题。 超导磁体作为托卡马克装置中磁场系统的核心组成部分，其性能直接关系到整个核聚变反应的稳定性和效率。 然而，现有的低温超导材料在面临托卡马克装置内部的高温环境和强磁场条件时，会迅速失去其超导特性，导致磁场无法正常工作。 因此，寻找并研发一款能够在如此极端条件下仍能保持超导状态的新型超导材料，成为了当前亟待解决的关键问题。 紧接着，第三个技术难点也浮出水面，那就是如何有效控制核聚变反应中的等离子体。 在托卡马克装置中，等离子体被加热到上亿摄氏度的高温，并处于超强磁场的包围之中。 然而，在这种极端条件下，等离子体极易发生不稳定现象，如撕裂磁场的束缚并逃逸出反应区域。 这种等离子体的逃逸现象不仅会导致核聚变反应的终止，还会对装置本身造成严重的损害。 因此如何有效地控制等离子体的行为，确保其在核聚变反应过程中保持稳定，是实现核聚变长时间连续运行的关键所在。 综上所述，前三个技术难点每一个都是极具挑战性的问题，全球各国的研究团队至今尚未能攻克其中任何一个。 至于后续的技术难点，还涵盖以下几个方面的重要问题。 首先，是如何设计出一个能够有效输出聚变反应所产生的巨大能量的系统。 目前，全球各国在长时间维持聚变反应方面尚存在困难，更不用说如何高效、安全地将这些能量转换并输出为可利用的电能或其他形式的能源了。 因此，在这一领域，各国还缺乏足够的经验和成熟的技术来实现这一目标。 其次，反应器内部所使用的材料在极端温度和中子辐射的作用下会迅速退化，这也是一个亟待解决的关键问题。 为了确保核聚变反应的持续进行和反应器的长期稳定运行，必须研发出能够长期承受高温高压环境以及强烈中子辐射的新型材料。 此外，建造和运营核聚变反应堆还需要巨额的资金投入。 最后，虽然核聚变反应产生的放射性废料相对较少，但仍然需要妥善安置和处理。 这些废料如果处理不当，可能会对环境和人类健康造成长期的影响。 因此，在推进核聚变技术的同时，各国还需要加强放射性废料处理技术的研发和应用，确保废料的安全处置。