这还不算完。
当中子能量足够高时,它有一定概率被金属原子核“吞”进去,随后原子核会吐出一个α粒子,也就是氦原子核。这种反应被称为(n,α)反应。
氦是惰性气体,它既不和金属发生反应,也几乎不溶于金属。于是这些氦原子只能在晶格里四处游荡,最后钻进那些被中子撞出来的空位里,越聚越多,慢慢长成一个个纳米级的小气泡。
这些氦泡特别喜欢聚集在晶界处。晶界就相当于砖墙里砖与砖之间的水泥缝。当无数个氦泡把水泥缝撑得千疮百孔时,整面墙看起来还完好无损,可只要轻轻一敲,就会沿着缝隙整块碎掉。
这就是所谓的“氦脆”。
而偏滤器的处境,和第一壁基本一致,负责主动排出杂质与热量的它,也是整个装置里热负荷最高的部件之一。
理论上没有任何材料能完全避免这种情况发生, 但某些材料可以通过让氦排出、溶解或被安全捕获,来避免或显著抑制氦脆。 或者通过提高晶格结合强度,让材料更加耐用。
比如,原本的第一壁可能一个月就扛不住要报废了,但如果新材料可以坚持三到六个月,对于商业化而言,这种周期延长的意义是颠覆性的——一个月一换和半年一换,在经济账上完全是两个不同的维度!
上一次EAST实验之所以最终停机,并不是等离子体失控,而是因为散热系统和内部材料已经接近极限,这也再次印证了攻克材料学难题的迫切性。
……
不过,这并不是合肥等离子体物理研究所最擅长的方向。
EAST的定位,本来就是为了攻克等离子体控制问题。它最核心的人员构成,是等离子体物理学家、控制工程师、超导磁体专家以及真空系统专家。
至于第一壁、偏滤器和抗辐照材料,则是核工业西南物理研究院的主攻方向。
徐辰此前就和西南物理研究院有过接触。
只是当时,他很早就判断出一个问题。
如果等离子体控制没有解决,那么材料研究的效率其实并不会太高。
因为你根本无法让材料在接近真实聚变工况的环境里长期工作。
连测试平台都无法稳定运行,材料学家再怎么设计配方,也只能停留在实验室尺度的模拟与局部验证上。
所以,徐辰当时选择暂时放下材料方向,把全部精力投入了等离子体控制。
如今,EAST已经证明那条路走通了。
那么接下来,就轮到材料学了。
徐辰打开系统面板,看向最下面的材料学等级。
【材料学等级:LV.0(23/100)】
他沉默了片刻。
“所有学科里,偏偏就材料学还是LV.0。”
这确实有点尴尬。
……
材料学和数学、理论物理不同。
数学上的猜想,只要推导成立,结论就成立。
物理理论也可以先依靠计算和实验数据进行验证。
但材料学最终必须落到实物上。
你在电脑里设计出一个完美晶格,不代表实验室能合成出来;实验室里合成出来了,也不代表它能经受高能中子连续轰击;即使短时间没坏,也不代表经过几百次热循环之后不会出现裂纹和相变。
材料学的每一次进步,往往都需要计算、制备、测试、反馈,然后重新计算。
一个完整周期,短则几个月,长则几年。
在学术界,有句流传甚广的顺口溜:“物理靠推,数学靠算,生化环材全靠命”。材料学这个被称为“二十一世纪最大天坑”的学科,简直就是玄学的代名词。
多少材料学的院士、博导,带着几十个博士生烧了一辈子的炉子,最后能不能发一篇Nature,全看那千万分之一概率随机排列出来的畸变晶格。
……
虽然徐辰又虚拟实验室,但是貌似只能调取徐辰已知的物质进行实验。
“看来,只能氪金了。”
徐辰心念一动,调出了那6000点的自由经验。
“系统,分配自由经验到材料学!”
【消耗77点自由经验,材料学升级至LV.1(0/500)!】
【消耗500点自由经验,材料学升级至LV.2(0/2500)!】
【消耗2500点自由经验,材料学升级至LV.3(0/10000)!】
眨眼之间,3077点自由经验砸了进去。
“等等……停!”
徐辰猛地踩下刹车。看了一眼升级LV.4需要的10000点经验,再看看自己只剩下2923点的余额,果断停止了加点。剩下的经验砸进去连个水花都听不见,不如留着以备不时之需。
就在升级完成的瞬间,徐辰感到大脑深处传来一阵轻微的酥麻感。
材料学LV.3!
虽然算不上很高,但是这个等级已经是对标杰青,或者是西南物理研究院那种顶级科研机构的副所长、核心研究员差不多的水平了!
……
不过,光有天赋还不行,对应的知识和前沿动态也得补上。
虽然系统灌输了大量基础理论,但具体的实验数据、最新的研究进展、各大实验室的独门工艺,这些都需要通过阅读文献来补充。
“回去以后,得先整理份书单,好好补补课。”
回到研究院后,徐辰立刻让AI整理了一份材料学的硬核书单。
最后整理了一下,阅读量还真不小。
《Phase Transformations in Metals and Alloys》(金属与合金中的相变)——这本由Porter和Easterling撰写的神作,是吃透微观相变动力学的圣经。
《Kinetics of Materials》(材料动力学)——MIT材料系压箱底的教材,填补宏观与微观演化之间的鸿沟。
《Solid State Physics》(固态物理学)——Ashcroft与Mermin的传世经典,做第一性原理计算和能带分析,不把这本啃烂了根本没法入门。
此外,还有关于晶体缺陷、高能中子辐照损伤效应等十几篇《Nature Materials》近年来的长篇综述……
只不过这些书绝大多数都没有国内的通俗译本,且极难购买。于是徐辰直接联系了北大图书馆,拜托那边帮忙把这些原版大部头和文献给找齐。
等拿到那沉甸甸的一大摞书后,漫长而充实的闭关时光,正式拉开帷幕。
“呼……说起来,也是好久没看过这么初级的书了。”
徐辰翻开最上面那本厚厚教材的第一页,嘴角露出一丝怀念的笑意。这久违的从零开始啃书本的感觉,倒让他真切地想起了自己那段极其短暂、却纯粹的大学时光。
……