说起来有点令人惊讶,核聚变技术其实不是什么新鲜玩意儿。聚变理论的第一次提出是在1920年,眼看再过两年就是一个世纪前的东西了。但目前人类实现的核聚变,多少都面临一个问题:
要么不可控,要么没卵用。
不可控核聚变其实人类早就制造出来,它的名字叫做氢弹,诞生于上世纪50年代美苏冷战时期。虽然威力巨大,但只是作为武器,而氢弹的引爆则需要原子弹做引线,靠它发电肯定是别想了。
想要让核聚变发电,首先得找个东西把聚变材料装起来。但可控核聚变本质上就是人造太阳,常规材料肯定装不住。上世纪50年代,几位苏联科学家提出用巨大的磁力来约束带聚变燃料。这个理论成了可控核聚变的设计基础,一直被沿用到今天。
事实证明他们是对的,这种被称为“托卡马克”的装置确实能成功运行。只是运行时间只能以秒计算,时间一长就得赶紧停机,免得烧坏。
而且现在的核聚变全是亏本生意:这些磁约束装置靠电力驱动,可运行一次产生的能量,还不如点火用掉的多。开机一次赔一次,这就有点受不了了。
种种因素,让这些核聚变装置全成了美元焚烧炉。陈义哲记得尤为夸张的便是两年后建立的国际热核聚变实验反应堆(ITER)。它动用了包括中国在内的 7 国之力,原定预算 100 亿欧元,花费 10 年建成。但直到2013年开工后短短两年半,光建筑成本就花掉了150 亿美金,直到陈义哲穿越回来还没搞完。
这段时间,陈义哲理论上虽然让天启对冷热核聚变进行理论上的推测和计算,特别是在热核聚变上对等离子物理和聚变能量的计算。不过,在准备实际实践当中,陈义哲并没有选择热核聚变这一方向,主要的便是热核聚变的要求比较高。
在磁场约束核聚变当中,等离子体必须满足三个条件,温度必须高于5000千万摄氏度,必须在高压下保持稳定,必须被约束在一个特定的空间上。这三个条件再落实到具体参数细节上,就是等离子体的粒子密度,约束实践和温度这三个参数的乘积必须不低于某个阈值。
这三个条件对陈义哲而言还并不是最大的难题,因为三个条件最后都指向了容器以及半导体材料,想要使用高强磁场来实现聚变能源的,那超导材料以及装置的新设计方法便是最为关键的步骤。
对陈义哲而言,现阶段最大的难题便是在点燃核聚变反应需要的超高能量,而这恰恰是陈义哲最匮乏的东西。
所以,最终陈义哲还是选择了冷核聚变,虽然这个理论很有可能是科学家美好的幻想,不过若是没有真正实践,怎么知道它是真是假?
冷核聚变的也有好几种途径,陈义哲最终决定采用镍氢冷聚变反应。
对于镍氢冷聚变反应可能存在的反应机理,如果真有可能,陈义哲认为应该是这样的:氢离子和镍的晶格发生共振,这种共振使得氢原子有机会近距离的接近镍的原子核。
陈义哲为此制造了一个反应容器,反应容器是由金属复合材料制成,耐高温和高压,反应容器被置于一个铜管内部,水流经铜管和反应器的夹层。设置了水和氢气的进口。通过铜管外缠绕的电阻流经的电流给反应器充电,当达到一定温度的时候,反应器开始工作。
不过当陈义哲在做实验的时候,却是发现幻想是美好的,现实是残酷的,这其中镍和氢确实是产生了化学反应,可是仅仅只是化学反应,而不是核反应,其产生的热量其实很小。镍置于氢气中,只是使得氢原子额外获得一个电子,也就是生成氢的负离子而已,然后就没有然后了。
陈义哲试着用热激发,机械激发,电或者磁脉冲,看能不能引发整个反应系统,然后根本就没鸟用。接着又调整了装置,温度,配方什么的,仍然变化不大。
花了一个星期,仍旧不见任何希望,陈义哲都快要放弃了。
这时,陈义哲决定自己来做这个引发,陈义哲很少用纳米虫进行原子结构的微观改变,因为在这个层次进行修改需要的能量确实很大。
幸好,陈义哲目前要做的仅仅只是将镍原子的电子被氢的负离子所代替,这其中消耗的能量虽然大,但是目前的他还接受得了。
在肉眼观察不到的微观世界里,纳米虫推走了将镍原子的电子,然后把氢的负离子推进来。
由于氢的负离子拥有更大的质量,因此在微观物理下,它比镍原子的电子更靠近镍原子核。
只见这种条件下,当氢的负离子慢慢接近将镍原子核的时候,突然释放出俄歇电子和X射线。
这时,只见靠近镍原子核的氢的负离子失去电子成为一个自由质子。
“靠!成功的一小步?”观察到整个反应过程的陈义哲兴奋地叫了声。
为什么陈义哲会称之为成功的一小步,因为若是过程就此终结的话,那最终也就是释放出俄歇电子和X射线。俄歇电子只是由于原子中的电子被激发而产生的次级电子,而X射线只是低能量的光子,它可以被可以被铅和钨屏蔽吸收释放出热量,热量以红外太赫兹射线释放。两者加起来其实能量并不多,而且比起陈义哲控制纳米虫消耗的能量要小得多。
不过这个过程还是可以继续继续下去的,镍原子核产生的斥力可以将质子加速到可以轰击状态,而质子可以和其他原子核反应,产生更多反应,如产生的质子轰击锂原子核,可产生alpha粒子。Alpha粒子俘获一个电子产生氦原子,而每吸收一个粒子产生的动能将会释放出大量热。陈义哲粗略的计算了下,这产生的能量接近他消耗的能量的20倍,从另一方面说,
陈义哲接着又花了时间重新设计了整个装置,然后很快的,一个奇葩的冷核聚变反应装置就出世了。
说它奇葩事因为这个装置全世界就只有陈义哲一人可以用,因为它的点燃完全需要靠陈义哲用纳米虫控制。
而且,这种冷核聚变其实对质量的消耗和核裂变没有多大的差别,在整个过程中只有千分之一的物质变成了能量,和热核聚变相比还是有点落差。