國家聚變辦的任務,正如火如荼地進行著。
隨著工作徹底轉入工程試錯階段,徐辰這位首席科學家反倒清閒了下來。各大院所偶爾遇到底層的理論死結向他請教,基本上開一兩次線上視訊會議就能迎刃而解,並不會佔用他太多精力。
但閒下來的徐辰,心裡卻並沒有多少輕鬆感。他在思考下一步該往哪裡落子。
萬柳書院的書房裡。
徐辰泡了一杯熱茶,站在窗前看著院子裡枯黃的落葉,在心裡盤算著時間。
系統當年釋出的終極主線任務,要求在2030年底之前,實現總能量增益因子 Q>10 的聚變點火。
看一眼日曆,現在已經是2028年11月。
留給他的時間,只剩下最後2年零1個月了。
看著這個倒計時,徐辰心中有點緊張。
“時間不多了啊。”
工程建設是需要週期的,哪怕華國號稱“基建狂魔”,重型裝置的加工、組裝、除錯,那也是按“年”為單位計算的。徐辰深知,如果自己現在就躺平,坐等CFETR(中國聚變工程實驗堆)慢慢建好,萬一工程中途遇到點製造延期,兩年後的系統任務還是有可能失敗的。
“既然工程上我幫不上忙,那就只能繼續在理論上想辦法。”
“系統要求的是‘商業化點火’,核心指標是Q>10。也就是說,投入1份能量,必須產出10份以上的能量,而且成本得算得過賬。”
順著這個思路,徐辰的目光,很快鎖定在了整個聚變反應堆裡最燒錢、也最限制Q值上限的一個核心繫統上——
超導磁體!
……
在核聚變工程中,Q 值的定義非常簡單粗暴,就是“輸出能量”除以“輸入能量”。想要把 Q 值拉高到 10 以上,無非就是兩條路:要麼擴大分子,也就是增加聚變產出,要麼縮小分母,也就是降低系統能耗。
而現有的超導磁體系統,恰恰就是分母裡最大的那個“電老虎”!
外行往往以為超導既然是“零電阻”,通電後應該不費電才對。殊不知,維持超導狀態需要極度深寒的環境。在核聚變發生時,很大一部分輸入能量,其實全被那套用來給超導線圈降溫的、龐大無比的液氦低溫冷卻系統以及磁場維持系統給硬生生吃掉了!
不僅運轉起來是個吞金獸,在建造成本上,它更是當之無愧的大頭。在一座標準的託卡馬克反應堆造價中,超導磁體及其配套的低溫杜瓦系統,成本佔比往往高達35%到40%以上!
為什麼這麼貴?
因為現有的超導材料,根本沒辦法像我們日常用的銅導線那樣隨便彎曲、纏繞加工,而是必須“設計成什麼形狀,就得在爐子裡定製燒結成什麼形狀”!
目前主流的高溫超導材料,比如REBCO釔鋇銅氧塗層導體,本質上不是金屬,而是“陶瓷”!
稍微有點生活常識的人都知道,陶瓷這玩意兒又硬又脆,一掰就斷。你根本沒法像抽銅絲一樣把它拉成柔韌的電線,去纏繞託卡馬克那奇形怪狀的D型線圈或扭曲的仿星器線圈。
為了用它,工程師們只能採取一種極其昂貴且憋屈的辦法:在金屬基帶上,用氣相沉積法一層層“長”出微米級的超導陶瓷薄膜,做成扁平的帶材;或者乾脆根據線圈的弧度,提前開模具進行定製化燒結!
這不僅導致良品率極低,稍微受點機械應力產生微裂紋就直接報廢。更要命的是,它打破了現代工業降低成本的核心法則:規模化攤薄模具成本。
託卡馬克的線圈擁有各種極其複雜的拓撲幾何形狀,每一段弧度都不一樣。這就意味著,現有的超導線圈沒辦法在流水線上大規模量產,每一根都等於“手工高階定製”!
不能彎折,不能量產,這就是超導磁體成本居高不下的最根本原因。
……
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