Sistema Tecnológico Avanzado del Erudito - Capítulo 522

Capítulo 522: No Tomando el Camino Habitual

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El Ingeniero Jefe Wang abandonó el Instituto de Investigación Stellarator STAR con el boceto técnico. Voló de regreso a la sede de la Corporación Nacional Nuclear de China en Pekín el mismo día y contactó con expertos en energía eléctrica de ferrofluidos en la Academia de Ingeniería. Comenzaron a discutir la viabilidad de aplicar la tecnología de energía eléctrica de ferrofluidos en el dispositivo de fusión controlable.

Sin embargo, aunque su líder se había ido, el grupo de trabajo de la Corporación Nacional Nuclear de China aún permaneció en Jinling. Estaban trabajando con los investigadores del Instituto de Investigación Stellarator STAR en cuestiones técnicas.

Al mismo tiempo, la máquina STAR estaba sometida a experimentos.

Después de que el instituto recibiera fondos de investigación suficientes, habían estado realizando experimentos casi cada tres días. Sus objetivos de investigación eran el hidrógeno y el helio, y su trabajo consistía en observar sus diversas propiedades físicas complejas en el plasma del estelarador.

Para recopilar datos valiosos, Lu Zhou incluso exigió mezclar 1mg del preciado deuterio en la cámara de reacción, lo que conllevaba el riesgo de dañar el material de la primera pared.

De hecho, este experimento realmente causó algunos daños a la máquina STAR. Afortunadamente, el daño era reparable. Pero incluso así, toda la máquina tuvo que ser apagada durante al menos un mes.

Por supuesto, aunque el costo fue alto, el retorno también lo fue.

No solo verificaron la viabilidad de una ignición de reacción de fusión, sino que también obtuvieron una lámina de litio que fue golpeada por un haz de neutrones que transportaba 14MeV de energía.

El valor científico de investigación de ese trozo de litio no podía medirse con dinero.

Probablemente eran el único instituto en China que podía realizar experimentos tan extravagantes.

Esta lámina de metal de litio duramente conseguida yacía silenciosamente en un portaobjetos de microscopio de oxígeno especialmente tratado. El cual fue colocado bajo un microscopio electrónico de barrido y observado por un trabajador con ropa protectora.

Fuera de la sala aislada, Lu Zhou y otros investigadores estaban de pie frente a una computadora en el laboratorio. A través de la pantalla de la computadora, podían observar los números y gráficos del microscopio electrónico de barrido.

Como habían esperado, la superficie metálica originalmente lisa estaba cubierta de agujeros.

A través del espectrómetro infrarrojo, incluso podían ver rastros de tritio y helio en el metal.

Una buena noticia fue que esto demostraba que el haz de energía de neutrones de 14meV reaccionó con el litio-3. Esto significaba que habían logrado recuperar parte del tritio utilizado en el experimento.

Desafortunadamente…

Se enfrentaban a innumerables problemas.

El Profesor Li Changxia miró los gráficos en la pantalla de la computadora y suspiró suavemente.

—Estoy dispuesto a apostar que esta cosa se romperá en el instante en que alguien la toque.

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Lu Zhou miró los datos duramente conseguidos en la pantalla de la computadora y respondió casualmente:

—No hay necesidad de apostar. Incluso si no hubiera sido golpeada por el haz de neutrones, no sería tan fuerte.

Sheng Xianfu sacudió la cabeza y dijo:

—No es solo el daño por radiación, el tritio recuperado es demasiado bajo. Y el problema más importante ni siquiera es recuperar el tritio. La energía transportada por el haz de neutrones es demasiado alta. No solo reaccionó la superficie del litio-3, sino también las capas interiores. Incluso si el tritio se recolectara en los interiores del litio, no podríamos extraerlo.

El haz de energía de neutrones que transportaba 14MeV de energía era como un misil, los metales no eran rival para este monstruo.

Además, el haz de neutrones no solo perforó un agujero en la primera pared, sino que formará un espacio vacío dentro del material de la primera pared, como un globo. Esto podría resultar finalmente en la hinchazón, fragilización e incluso desprendimiento del material superficial de la primera pared, lo que podría provocar accidentes graves.

Esta era una de las principales razones por las que el material de la capa del reactor de fisión no podía utilizarse en el reactor de fusión.

Los dos tenían diferentes órdenes de magnitud en términos de sus capacidades resistentes a la radiación.

A partir de ahora, su investigación había entrado en un campo desconocido. Esto significaba que no había más literatura que pudieran consultar. Todos los problemas a partir de este punto tendrían que ser resueltos por ellos mismos.

El Profesor Li Changxia pensó un poco y sugirió:

—¿Y si usamos molibdeno en su lugar?

—El molibdeno no funcionará —rechazó instantáneamente Lu Zhou esta idea. Sacudió la cabeza y dijo:

— El molibdeno tiene propiedades decentes de resistencia al calor, pero producirá elementos radiactivos cuando se somete a irradiación de neutrones.

Otro investigador sugirió:

—¿Qué tal el tungsteno? El tungsteno tiene buenas propiedades de resistencia al calor, y sus subproductos son osmio y renio, ¡así que no hay radiación!

Lu Zhou ni siquiera tuvo que hablar por sí mismo. Li Changxia sacudió la cabeza y dijo:

—Este es un concepto erróneo común. El tungsteno tiene buenas propiedades de resistencia al calor, pero no es lo suficientemente maleable. El estrés térmico causará grietas en la superficie del material… Cuando estaba haciendo un intercambio académico en el experimento del tokamak DIII-D, había un proyecto de investigación específico sobre este problema. En resumen, el tungsteno no funcionará.

El laboratorio se quedó en silencio nuevamente.

Lu Zhou, que había estado mirando los datos en la pantalla de la computadora todo este tiempo, de repente preguntó:

—¿Si no podemos contener el haz de neutrones dentro del estelarador, ¿por qué no lo dejamos pasar?

—¿Pasar? —Sheng Xianfu hizo una pausa por un segundo y sonrió mientras sacudía la cabeza—. Si lo dejamos pasar, ¿cómo se supone que vamos a reciclar los neutrones producidos por la reacción?

Reciclar los neutrones de deuterio-tritio producidos en la reacción de fusión era una parte clave de la tecnología de fusión nuclear. Después de todo, el precio del tritio era decenas de miles de veces mayor que el del deuterio. Se vendía por gramos, costando US$30,000 por gramo[1].

Si no pudieran recuperar los neutrones generados por la reacción, no solo perderían una gran cantidad de energía, sino que el reactor también se “apagaría” debido a la pérdida de tritio.

En un escenario ideal, tanto el tritio como el neutrón deberían poder conservarse como un producto intermedio. El residuo final solo debería ser helio y calor.

Por lo tanto, no deberían dejar que el neutrón simplemente pasara, tenían que preservarlo a toda costa.

Lu Zhou escuchó los comentarios de Sheng Xianfu y sonrió.

—Dejarlos pasar no significa liberarlos. En teoría, sin importar el diseño del material de la primera pared, no podemos evitar el daño del haz de neutrones a los enlaces metálicos. Además, las propiedades de reparación de los metales son pobres, sin mencionar el problema de la metamorfosis.

—Por lo tanto, ¿por qué no hacer que el material de la primera pared sea algo que permita que los neutrones pasen y tenga una fuerte capacidad de autocuración? Luego podemos usar litio-3 líquido para recuperar los neutrones detrás del material de la primera pared. En cuanto al lado más allá del litio líquido, podemos poner una capa de metal de berilio para reflejar los neutrones no reaccionados que penetran la capa de litio líquido.

Su diseño equivalía a colocar litio líquido entre la primera pared y el berilio.

Sheng Xianfu bajó la cabeza y lo contempló un poco. Pensó que este método parecía factible, pero también sintió que había problemas.

Pensó un rato y llegó a dos de los problemas más obvios.

—Pero ¿dónde podemos encontrar un material que permita el paso de neutrones y tenga grandes capacidades de autorreparación? Incluso después de usar litio como material de la primera pared, todavía no podemos resolver el problema del daño por radiación. Además, como acabas de decir, después de recuperar el tritio, ¿cómo llevamos el tritio de vuelta al reactor?

Cuando Lu Zhou escuchó estas dos preguntas, sonrió y dijo:

—El segundo problema es fácil de resolver. Bajo la temperatura del litio líquido, tanto el tritio como el helio están en sus formas gaseosas. Son incompatibles entre sí.

—Solo tenemos que aplicar una débil fuerza ascendente a los neutrones dentro del litio líquido y transportar los neutrones a la parte superior del reactor.

—Luego solo necesitamos reciclar el gas que sale del reactor.

El tritio generado y el gas de escape de helio se inyectarían entonces en la cámara de reacción para la ionización. En cuanto a eliminar el helio del reactor, ese era el trabajo del divertor.

En cuanto a elegir un divertor refrigerado por agua, un divertor de tungsteno-cobre o cualquier otro divertor, esa elección dependería de sus necesidades específicas. Aunque esta parte era crucial, no era algo que no pudieran resolver.

Lu Zhou hizo una pausa por un segundo y dijo:

—En cuanto a tu primera pregunta, ese metal no se puede encontrar en aleaciones. Así que, ¿qué tal si descartamos toda la capa metálica?

Todos en el laboratorio, incluidos Li Changxia y Sheng Xianfu, se quedaron congelados.

¿Deshacerse de la capa metálica?

Esto…

¿Es descabellado, verdad?

—¿No vamos a usar un metal? —El Profesor Li Changxia miró a Lu Zhou con una expresión asombrada—. Entonces, ¿qué vamos a usar?

¿Cerámica?

Aunque otros institutos de investigación habían intentado usar cerámica y producido resultados decentes, el factor decisivo era la pobre conductividad térmica de la cerámica.

Si no podían eliminar el calor del reactor, terminarían con otros problemas.

—Vamos a usar carbono —Lu Zhou hizo una pausa por un segundo y dijo con confianza:

— O más precisamente, ¡compuestos de fibra de carbono!

Lu Zhou no se le ocurrió repentinamente esta idea creativa. Había estado pensando en esto durante mucho tiempo, incluso cuando todavía estaba trabajando con el Profesor Keriber en el instituto de investigación Wendelstein 7-X.

El núcleo de carbono era relativamente estable. No reaccionaba fácilmente con los neutrones. Además, podría actuar como un amortiguador para el haz de neutrones, de modo que cuando el haz de neutrones entrara en contacto con el helio líquido, podría evitar que los haces de neutrones se descompusieran instantáneamente.

La energía reducida por la capa de fibra de carbono se liberaría en forma de energía térmica. Debido a sus excelentes propiedades de conductividad térmica, la energía térmica generada dentro del reactor podría desviarse fácilmente.

También tenía buenas propiedades de resistencia al calor.

Cuando no estaba expuesto al aire y a oxidantes, la fibra de carbono podía soportar temperaturas superiores a 3,000 grados. Esto era comparable al punto de fusión del tungsteno, ¡lo que cumplía con los requisitos para el material de la primera pared!

Lu Zhou miró a las personas en el laboratorio y dijo:

—Eliminen completamente la capa metálica de la primera pared. Usen fibra de carbono como material estructural principal. Luego llenen de helio líquido en la capa intermedia y usen berilio en la capa exterior para reflejar los neutrones. La capa de blindaje debe ser una mezcla de parafina y carburo de carbono acuoso, cubierta con cemento de grado nuclear. Si todo esto tiene éxito, ¡resolveremos el problema de retención de tritio!

En cuanto a la elección de los materiales compuestos de fibra de carbono y el componente de autorreparación, ese proyecto de investigación sería realizado por la división de investigación de materiales del Instituto de Estudios Avanzados de Jinling.

Aunque el problema era grave, ¡Lu Zhou tenía la sensación de que sería capaz de resolverlo!

El Profesor Li Changxia no pudo evitar decir:

—Esto es demasiado…

Lo que quería decir era que esto era demasiado descabellado.

Sin embargo, antes de que pudiera terminar, Sheng Xianfu lo interrumpió.

—No, tal vez… ¡esto podría funcionar!

Sheng Xianfu se frotó la barbilla con el dedo mientras sus ojos comenzaban a iluminarse.

—He leído la literatura relevante sobre reemplazar las estructuras de tungsteno y acero con fibra de carbono. La comunidad académica internacional es optimista sobre esta ruta técnica, ¡igual que con las nanocerámicas!

—Sin embargo, usar compuestos de fibra de carbono para reemplazar completamente el metal como cuerpo principal del reactor y permitir que el haz de neutrones reaccione con el litio líquido fuera de la primera pared antes de recuperar el tritio en el litio líquido… Es la primera vez que escucho algo así.

La dificultad involucrada en algo así era alta. Tendrían que enfrentar problemas con los compuestos de fibra de carbono. Por ejemplo, el problema de la temperatura. El material compuesto de fibra de carbono tenía una temperatura de operación de alrededor de 3,000 grados, mientras que el punto de ebullición del metal de litio estaba solo a 1,340 grados.

Si no pudieran transferir el calor a tiempo, el litio líquido podría correr el riesgo de vaporizarse, lo que podría resultar en que se mezclara con la reacción de tritio. Esto podría hacer explotar todo el reactor…

También estaba el problema del cambio de volumen, donde el líquido de litio se solidificaría después de apagar la máquina…

Sin embargo, tal como había dicho Lu Zhou, esta idea podría ser factible.

¡Al menos valía la pena intentarlo!

[1] precio de 2017

Fuente: Webnovel.com, actualizado en Leernovelas.com