Chương 689: Lò phản ứng tổng hợp thí nghiệm

Linh Màu kết luận là đúng.

Kiểm nghiệm bức xạ sau kiểm nghiệm báo cáo đã chứng thực phán đoán của nàng, những vạch chuẩn đỉnh nhọn và điện trở suất phụ hướng ao hãm đó không phải do dụng cụ trục trặc hay số liệu bị nhiễu, mà là vật liệu EN trong môi trường bức xạ cực đoan, đám mây điện tử độc đáo này đang xảy ra tương tác không xác định với phương pháp thí nghiệm.

Đơn giản mà nói, vật liệu EN quá đặc biệt, đặc biệt đến mức không thể dùng phương pháp đo lường thông thường, chỉ có thể trực tiếp dùng phương pháp kiểm tra của máy gia tốc.

Biết được vách ngăn thứ nhất có đột phá, Viện sĩ Triệu lại cho rằng số liệu máy gia tốc dù thế nào cũng chỉ là mô phỏng, tình huống trong lò phản ứng nhiệt hạch cực kỳ phức tạp, cần xét đến tác động ngẫu hợp của tia nơ-tron, tuần hoàn nhiệt và sự cọ rửa của thể plasma, bắt buộc phải tiến hành kiểm chứng thực tế trong môi trường phản ứng nhiệt hạch Deuteri-Triti.

Vì thế, khảo nghiệm tiếp theo của vật liệu EN nhanh chóng được đưa vào lịch trình, lần này là vận hành trên thiết bị phản ứng nhiệt hạch thực tế.

Nhiệm vụ này không ai xứng đáng hơn Linh Màu, cô đã tiếp nhận.

Tại Trung tâm Kiểm chứng Vật liệu mới thuộc Viện Nghiên cứu Vật lý Plasma Thiên Kinh, ánh đèn trắng lạnh chiếu sáng toàn bộ đại sảnh thực nghiệm.

Mô khối thực nghiệm vật liệu EN vách ngăn thứ nhất, gọi tắt là đơn vị thí nghiệm PFM-EN, giờ phút này đang nằm lặng lẽ trên bệ quang học tại vị trí thực nghiệm số 3.

Mô khối rộng nửa mét vuông này được cấu tạo từ bảy tầng: lớp bọc giáp hợp kim EN hướng về phía thể plasma, lớp tản nhiệt hợp kim CuCrZr, tấm nền inox, cùng với các ống dẫn làm mát trải rộng bên trong.

Giữa mỗi tầng, quá trình liên kết khuếch tán tĩnh áp nhiệt đã trải qua hai mươi vòng tối ưu hóa công nghệ, nhằm đảm bảo không xuất hiện tình trạng bong tróc giao diện dưới tải trọng nhiệt cực đoan.

Đây là thiết kế do chính tay Linh Màu trấn giữ, chỉ riêng một khối này đã tiêu tốn hàng chục triệu nhân dân tệ, chưa kể chi phí thu hoạch nguyên tố EN vô cùng khó khăn.

Hợp kim EN-11 là phương án tối ưu mà cô sàng lọc từ tất cả các vật liệu ứng viên, lấy FeCoCrNi làm nền tảng, thêm 11% tỷ lệ phần trăm nguyên tử nguyên tố chung. Loại hợp kim này trong kiểm nghiệm bức xạ đã biểu hiện đặc tính gần như dị thường: tại các biên hạt góc cao hình thành vùng nghèo quặng liên tục, độ rộng đạt gấp 2.3 lần vật liệu thông thường, bắt giữ hiệu quả các nguyên tử heli và ngăn cản chúng tụ tập thành bọt, đồng thời, đám mây điện tử khổng lồ của nguyên tử chung trong quá trình bức xạ liên tục dẫn hướng các điểm khuyết tật hợp lại, khiến lượng cứng hóa do bức xạ thấp hơn một bậc so với hợp kim cùng thành phần không chứa nguyên tố chung.

Điều khiến Linh Màu quan tâm hơn cả là xu hướng tự chữa lành của EN-11 dưới nhiệt độ cực cao.

Quan sát qua kính hiển vi thấu xạ cho thấy, ở vùng bức xạ trên 450°C, bên trong hợp kim không xuất hiện các vòng lệch và mạng lệch lớn như mong đợi, thay vào đó là một loại cấu trúc vi mô mà cô chưa từng thấy ở bất kỳ vật liệu nào, một mạng lưới lệch có khả năng tự tương tự, thứ này giống như một mạng nhện tinh vi, giúp tiêu tán và hợp nhất nhanh chóng các điểm khuyết tật do bức xạ sinh ra.

Phân tích phổ tổn thất năng lượng điện tử chứng thực thêm rằng, đám mây điện tử của nguyên tử chung mở rộng rõ rệt dưới nhiệt độ cực cao, bán kính bắt giữ hiệu quả từ khoảng 0.8 nano ở nhiệt độ phòng mở rộng lên vượt quá 2.0 nano, điều này có nghĩa mỗi nguyên tử chung đều có thể gây ảnh hưởng trong phạm vi lớn hơn nhiều.

Nếu hợp kim truyền thống là bị động chịu đựng tổn thương do bức xạ, thì nguyên tử chung trong EN-11 lại chủ động đối kháng với sự hỗn loạn, đây là vật liệu tự phục hồi bức xạ duy nhất mà nhân loại phát hiện được, có khả năng cực lớn để giải quyết triệt để vấn đề vách ngăn thứ nhất.

Nhưng Linh Màu biết, đây suy cho cùng vẫn chỉ dừng lại ở suy đoán giai đoạn mô phỏng máy gia tốc, chỉ có môi trường phản ứng nhiệt hạch thực sự mới có thể kiểm chứng suy đoán của cô.

“Hút chân không buồng chân không hoàn tất, chân không nền 1.2×10⁻⁵Pa!”

“Nguồn điện từ trường hoàn hướng đã chuẩn bị xong, giá trị dự thiết dòng điện từ trường 12kA!”

“Hệ thống đường về làm mát tự kiểm tra thông qua, lưu lượng sườn một, áp lực bình thường!”

Trong đại sảnh điều khiển, tiếng báo cáo vang lên không dứt.

Khu vực này được chia thành ba phân khu chức năng: bên trái là đài điều khiển thể plasma, bốn chuyên viên vận hành vật lý thể plasma đang dán mắt vào hàng chục tham số thời gian thực; bên phải là khu số liệu chẩn đoán, trên bảy tám màn hình nhảy múa các chỉ tiêu then chốt như nhiệt độ điện tử, mật độ, thời gian ước thúc.

Bàn điều khiển chính ở giữa thuộc về Linh Màu, ba màn hình cong trước mặt được trải ra, màn hình chính hiển thị trạng thái thời gian thực của mô khối PFM-EN, bên trái là tham số hệ thống làm mát, bên phải là hình ảnh giám sát liên động của các đầu dò phóng xạ, cặp nhiệt điện và điện trở suất.

Phía trước nữa, ngoài cửa sổ công nghiệp bằng kính, thiết bị EAST nằm im lìm trong ánh đèn mờ ảo của buồng chân không, vòng từ trường phản quang lạnh lẽo chiếu sáng thiết bị xung quanh, giống như trái tim của một con cự thú viễn cổ đang ngủ say.

Đây là thiết bị thực nghiệm phản ứng nhiệt hạch Tokamak siêu dẫn toàn phần, vài tháng qua nó đã nhiều lần phá kỷ lục thế giới, chỉ là những số liệu đó chưa được công bố.

Nếu không thể vận hành bình thường hóa, phản ứng nhiệt hạch suy cho cùng vẫn chỉ là giấc mơ xa vời không thể chạm tới của nhân loại, họ đã quá chán ngán với những lần đột phá chỉ kéo dài mười mấy giây.

Mà hiện tại, nó sắp sửa bước đi bước đầu tiên.

“Viện sĩ Phan.” Linh Màu hơi nghiêng người, gật đầu với vị trưởng giả đang đứng sau lưng cô nửa bước.

Phan Xa Thuyền, Phó Viện trưởng Viện Nghiên cứu Vật lý Plasma thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, tổng phụ trách vận hành thực nghiệm thiết bị EAST.

Đã ngoài sáu mươi, ông có vóc dáng mảnh khảnh, mái tóc hoa râm được chải chuốt không chút cẩu thả, mặc một chiếc áo khoác màu xám đậm, trên ngực cài huy chương của Viện Hàn lâm Khoa học, ông là sư đệ đồng môn của thầy hướng dẫn tiến sĩ của Linh Màu, theo vai vế, Linh Màu nên gọi ông một tiếng sư thúc.

Là dự án phản ứng nhiệt hạch trọng điểm quốc gia, đương nhiên không chỉ có mình Linh Màu dẫn đầu, nơi này hội tụ những tinh hoa.

“Linh Màu à, cháu thấy kết quả sẽ thế nào?” Phan Xa Thuyền hỏi với giọng điệu trêu chọc: “Cháu có tự tin không?”

Linh Màu không quay đầu lại: “Vật liệu của cháu có tính năng cực kỳ ưu việt trong mô phỏng, nếu cái này mà không được, e rằng trên thế giới này không còn vật liệu nào khác được nữa.”

Phan Xa Thuyền sửng sốt một chút, ngay sau đó bất đắc dĩ lắc đầu.

Ông cũng rất đồng tình với quan điểm của Linh Màu.

Ánh mắt Linh Màu dừng lại trên mô hình 3D của mô khối EN trên màn hình, đó là một cấu trúc màu xanh lục nửa trong suốt, các ống dẫn làm mát uốn lượn xuyên qua bên trong mô khối, thiết kế đường dẫn của mỗi ống đều trải qua tính toán thủy động lực học và tối ưu hóa cấu trúc liên tục, cố gắng kiểm soát độ dốc nhiệt độ trên bề mặt mô khối hướng về phía thể plasma ở mức nhỏ nhất.

Mô khối vách ngăn thứ nhất tinh xảo này từ lớp tản nhiệt đến tấm nền inox, mỗi giao diện đều trải qua thiết kế tương thích nhiệt nghiêm ngặt, sự khác biệt về hệ số giãn nở nhiệt đã được tính toán tinh vi để đảm bảo không sinh ra ứng suất nhiệt giao diện quá lớn trong quá trình tuần hoàn nhiệt kịch liệt.

Tình trạng làm việc của vách ngăn thứ nhất trong lò phản ứng nhiệt hạch cực kỳ khắc nghiệt, phía hướng về thể plasma phải chịu tải trọng nhiệt bề mặt cao tới hàng MW/m², đồng thời còn phải chịu tia nơ-tron năng lượng cao từ phản ứng nhiệt hạch, những nơ-tron 14.1MeV đó sẽ đánh bật các nguyên tử hợp kim ra khỏi vị trí tinh thể, tạo ra va chạm cấp liên trong vật liệu, khiến hàng vạn nguyên tử di chuyển vị trí, ngày qua ngày, tích lũy thành tổn thương bức xạ chí mạng.

Trong tuổi thọ thiết kế của thiết bị ITER, vật liệu vách ngăn thứ nhất phải chịu tổn thương bức xạ chỉ từ 3 đến 5 dpa, nhưng đối với lò phản ứng nhiệt hạch thương mại, vật liệu cần chịu tổn thương bức xạ cao tới 300 đến 400 dpa.

Đây là lý do tại sao giới phản ứng nhiệt hạch lại có nhu cầu bức thiết về vật liệu vách ngăn thứ nhất như vậy, tại sao chỉ dựa vào phương án hợp kim sắt/đồng cũ lại không đủ để chống đỡ giấc mơ năng lượng phản ứng nhiệt hạch tương lai.

Sự xuất hiện của vật liệu EN giống như hy vọng cuối cùng của nhân loại, như Prometheus đánh cắp ngọn lửa hy vọng từ Thần giới trao cho nhân loại để sưởi ấm.

Nhưng ánh sáng có chiếu vào hiện thực hay không, phụ thuộc vào việc nó có thực sự đứng vững ở tuyến đầu hay không.

“Mọi người vào vị trí, đếm ngược.”

Trong phòng điều khiển chính, sự ồn ào nhanh chóng tĩnh lặng, không khí chợt thắt chặt.

Trên màn hình, con số đếm ngược nhảy lên: 10, 9, 8……

Tay Linh Màu lơ lửng trên bàn phím, sẵn sàng nhấn nút bất cứ lúc nào, đây không phải lần đầu cô tham gia thực nghiệm EAST, thậm chí không phải lần đầu chủ trì vận hành mô khối thí nghiệm vật liệu, nhưng mỗi lần trước đó, cô đều có thể dự đoán được kết quả đại khái, đó là trực giác nghiên cứu khoa học nhạy bén mách bảo cô.

Nhưng lần này, hơi thở của cô có chút nặng nề.

Dù rất tin tưởng vào vật liệu EN, cô vẫn vô cùng khẩn trương.

“3, 2, 1—— khởi động.”

Một tiếng ù trầm thấp và kéo dài ập đến từ bốn phương tám hướng, giống như một con cự thú nào đó thức tỉnh từ giấc ngủ say, trái tim nó bắt đầu đập.

Đây là hệ thống nguồn điện từ trường hoàn hướng của thiết bị EAST bắt đầu làm việc, 12 tổ vòng siêu dẫn dưới sự điều khiển của dòng điện cực lớn dần dần từ hóa, sinh ra từ trường hoàn hướng cần thiết để ước thúc thể plasma.

Dòng điện từ trường hoàn hướng bắt đầu tăng lên.

Dòng số liệu cuộn trào nhanh chóng trên màn hình chính, dòng điện từ trường hoàn hướng vững vàng tăng lên đến 7.4kA, hệ thống từ trường cực hướng đồng bộ khởi động, dòng điện thể plasma bắt đầu hình thành, hệ thống nạp khí trong buồng chân không mở ra, khí Deuteri được bơm vào buồng chân không với tốc độ kiểm soát chính xác, hệ thống đun nóng cộng hưởng xoay vòng điện tử theo đó khởi động.

Tần suất 140GHz, công suất 1.2MW vi ba xuyên qua ống dẫn sóng, đổ vào buồng chân không, đẩy nhiệt độ điện tử tăng vọt.

Thể plasma hình thành.

Trên màn hình điều khiển chính, hình ảnh phóng điện của thể plasma sáng lên, một vòng quang mang rực rỡ và nóng bỏng lơ lửng trong buồng chân không, tựa như vầng hào quang trên đầu thiên sứ.

“Dòng điện thể plasma 0.6MA, nhiệt độ điện tử 2.8keV, mật độ trung tâm 1.8×10¹⁹m⁻³!”

Linh Màu hiểu rõ những con số này có ý nghĩa gì.

Trong tham số thiết kế của thiết bị thực nghiệm EAST, dòng điện thể plasma có thể đạt tới cấp độ 1MA, nhiệt độ điện tử có thể đạt tới số keV, tức là hàng chục triệu độ C, điều này quan trọng nhất đối với việc thăm dò chế độ vận hành xung trường mạch.

Theo công suất đun nóng liên tục đổ vào, nhiệt độ ion trung tâm cũng sẽ bò lên những mục tiêu cao hơn, từng bước tiến gần đến điều kiện tới hạn đốt lửa của phản ứng nhiệt hạch.

Mà mô khối EN đang phơi mình trong môi trường như vậy, gánh chịu tất cả những điều này.

“Bắt đầu giám sát nhiệt độ mô khối EN.” Linh Màu ra lệnh.

Phía bên phải màn hình, hàng ngũ cặp nhiệt điện bên trong mô khối EN đã bắt đầu phản hồi số liệu nhiệt độ.

Ngay từ khi thiết kế, Linh Màu đã khéo léo bố trí bảy tổ cặp nhiệt điện loại K ở các độ sâu khác nhau trong mô khối, kéo dài từ bề mặt lớp bọc giáp hướng về phía thể plasma cho đến tận đáy tấm nền, vị trí của mỗi tổ cặp nhiệt điện đều chính xác đến cấp độ dưới milimet.

Sau khi thiết bị phản ứng nhiệt hạch khởi động, tải trọng nhiệt sẽ truyền đến mô khối với tốc độ cực nhanh.

“Tăng công suất đun nóng, công suất nạp NBI hiện tại 4MW, ICRH 2.5MW.”

Hệ thống nạp chùm trung tính bắn các hạt trung tính năng lượng cao vào thể plasma, cung cấp thêm năng lượng và động lượng, đẩy nhiệt độ ion lên cao hơn, đun nóng cộng hưởng xoay vòng điện tử làm việc ở một nơi khác, hai con đường song hành, hợp tác tác chiến.

Nhiệt độ bề mặt mô khối EN bắt đầu tăng lên.

150°C……200°C……250°C……

Tốc độ tăng nhanh hơn nhiều so với mong đợi trong thiết kế.

Linh Màu nhíu mày, nhưng thần sắc vẫn không chút xao động. Nàng biết, trong phương án làm lạnh bị động, nhiệt độ của khối mô-đun vách ngăn đệ nhất chắc chắn sẽ tăng lên. Mấu chốt nằm ở chỗ hệ thống làm lạnh có kịp thời mang nhiệt lượng đi hay không, để khống chế nhiệt độ nằm trong ngưỡng ổn định nhiệt của vật liệu EN, tức là từ 450°C đến 750°C.

Đối với các hợp kim entropy cao thông thường không chứa nguyên tử trung tâm, ngưỡng nhiệt độ này có lẽ đã là giới hạn của tính ổn định nhiệt, nhưng EN-11 thì khác. Thực nghiệm máy gia tốc đã cho thấy, bán kính tác dụng hiệu dụng của đám mây điện tử nguyên tử trung tâm tăng lên rõ rệt khi nhiệt độ tăng cao, điều này có nghĩa là nhiệt độ càng cao lại càng có khả năng kích hoạt năng lực tự phục hồi khuyết tật mạnh mẽ hơn.

“Nhiệt độ đầu ra của chất làm lạnh phía sơ cấp là 39.2°C, lưu lượng ổn định, sụt áp nằm trong phạm vi thiết kế.” Chuyên viên giám sát hệ thống làm lạnh đồng bộ báo cáo.

Linh Màu hơi thở phào nhẹ nhõm. Hiệu suất của hệ thống làm lạnh đã xác minh tính chính xác trong thiết kế nhiệt công suất, cấu trúc kênh hơi duy trì hiệu suất trao đổi nhiệt khá cao dưới lưu lượng chất làm lạnh hữu hạn, nhiệt lượng bên trong khối mô-đun EN đang được dẫn ra liên tục.

300°C. 350°C.

Nhiệt độ tăng dần, bắt đầu có xu hướng ổn định ở ngưỡng gần 680°C.

Con số này cao hơn vài chục độ so với dự kiến của nàng, nhưng nếu khối mô-đun có thể vận hành ổn định trong dải nhiệt độ này, và cấu trúc vi mô của vật liệu EN không xảy ra thoái hóa rõ rệt, thì mục tiêu bước đầu của thực nghiệm lần này đã đạt được.

Sau đó, nàng chú ý tới tín hiệu phát xạ âm thanh trên màn hình phía bên phải bắt đầu xuất hiện những dao động dị thường.

“Sư tỷ, tín hiệu phát xạ âm thanh bên trong khối mô-đun EN...” Nghiên cứu viên phía sau ngập ngừng muốn nói lại thôi.

Linh Màu liếc nhìn dữ liệu.

Biên độ dao động tín hiệu trong đường cáp đồng trục chợt tăng mạnh, tần suất dao động gia tăng trên diện rộng, đường cong dữ liệu vốn bằng phẳng nay như bị ném một hòn đá vào mặt hồ, kích khởi từng đợt gợn sóng. Nàng lại nhớ đến những “dữ liệu dị thường” liên tiếp trong vòng thực nghiệm máy gia tốc thứ nhất —— khi ấy, chính những dị thường này đã dẫn dắt nàng đi đến phán đoán chính xác.

“Không sao, tiếp tục giám sát, đồng thời ghi lại dữ liệu phản hồi của cặp nhiệt điện, chú ý xem có tồn tại tính tương quan không gian hay không.” Linh Màu ra lệnh.

Giờ phút này, nàng bức thiết muốn biết hai việc: Tín hiệu phát xạ âm thanh bên trong khối mô-đun EN rốt cuộc tương ứng với quá trình vi mô nào, là ứng suất nhiệt gây ra các vết nứt nhỏ trên bề mặt, hay là đám mây điện tử nguyên tử trung tâm đã xảy ra nhiễu loạn nào đó với đầu dò? Liệu loại tín hiệu phát xạ âm thanh dao động liên tục này có dần suy giảm khi nhiệt độ và tải nhiệt ổn định hay không.

Vấn đề trước liên quan đến tính an toàn của vật liệu EN, vấn đề sau lại ám chỉ hành vi phục vụ lâu dài của vật liệu.

Tuy nhiên, sự cấp bách vẫn chưa lộ rõ trên gương mặt nàng, điều này cần phải kiểm tra kỹ lưỡng các dữ liệu tiếp theo mới có thể xác định, hiện tại vẫn chưa phải lúc.

Thực nghiệm vẫn đang tiếp tục, quá trình phóng điện plasma bước vào giai đoạn duy trì trạng thái ổn định, công suất phát ra của hệ thống đun nóng cũng dần ổn định, các con số ghi nhiệt độ của khối mô-đun EN quả nhiên sau khi dao động nhẹ đã dần thu liễm, cuối cùng ổn định ở ngưỡng gần 700°C.

Vẫn cao hơn giá trị dự đoán, nhưng dù sao vẫn nằm trong ngưỡng ổn định nhiệt của hợp kim EN-11.

Mọi người bùng nổ trong tiếng reo hò.

Lần vận hành thiết bị EAST này, khối mô-đun EN đã thông qua kiểm chứng bước đầu, coi như đã có một kết quả đảm bảo.

Linh Màu thở phào nhẹ nhõm.

Thực nghiệm chỉ mới bắt đầu, tuy vẫn còn một vài vấn đề nhỏ, nhưng kết quả đã khá tốt. Tuy nhiên, điều Linh Màu cảm thấy hứng thú hơn lúc này chính là khả năng kháng tia bức xạ của vật liệu EN trong điều kiện thực tế của lò phản ứng nhiệt hạch.

Mà đáp án đó, phải đợi nửa tháng sau mới có thể công bố.

Nếu thực nghiệm thành công, nhân loại sẽ tiến một bước dài trong lĩnh vực phản ứng nhiệt hạch.