Scholar’s Advanced Technological System - Chapter 522
Chief Engineer Wang meninggalkan STAR Stellarator Research Institute dengan sketsa teknisnya. Dia terbang kembali ke markas besar Perusahaan Nuklir Nasional China di Beijing pada hari yang sama dan menghubungi ahli energi listrik ferrofluid di Akademi Teknik. Mereka mulai membahas kelayakan penerapan teknologi energi listrik ferrofluid pada perangkat fusi yang dapat dikontrol.
Namun, meski pemimpin mereka sudah tiada, satuan tugas Perusahaan Nuklir Nasional China masih tetap tinggal di Jinling. Mereka bekerja dengan para peneliti STAR Stellarator Research Institute dalam masalah teknis.
Pada saat yang sama, mesin STAR sedang menjalani eksperimen.
Setelah institut menerima dana penelitian yang cukup, pihaknya telah melakukan percobaan hampir setiap tiga hari. Target penelitian mereka adalah hidrogen dan helium, dan tugas mereka adalah mengamati berbagai sifat fisik kompleks mereka dalam plasma stellarator.
Untuk mengumpulkan data berharga, Lu Zhou bahkan meminta untuk mencampurkan 1mg deuterium yang berharga ke dalam ruang reaksi, yang berisiko merusak bahan dinding pertama.
Faktanya, percobaan ini menyebabkan beberapa kerusakan pada mesin STAR. Syukurlah, kerusakan itu bisa diperbaiki. Tetapi bahkan kemudian, seluruh mesin harus dimatikan setidaknya selama sebulan.
Tentu saja, meskipun biayanya tinggi, pengembaliannya juga tinggi.
Mereka tidak hanya memverifikasi kelayakan penyalaan reaksi fusi, tetapi mereka juga memperoleh sepotong litium yang terkena sinar neutron yang membawa energi 14MeV.
Nilai penelitian ilmiah dari sepotong litium tidak dapat diukur dengan uang.
Mereka mungkin satu-satunya institut di China yang dapat melakukan eksperimen luar biasa seperti itu.
Potongan logam litium yang tahan banting ini tergeletak dengan tenang di kaca mikroskop oksigen yang dirawat secara khusus. Yang ditempatkan di bawah mikroskop elektron dan diamati oleh seorang pekerja dengan pakaian pelindung.
Di luar ruang isolasi, Lu Zhou dan peneliti lainnya berdiri di depan komputer di laboratorium. Melalui layar komputer, mereka dapat mengamati angka dan grafik dari pemindaian mikroskop elektron.
Seperti yang mereka duga, permukaan logam halus asli ditutupi dengan lubang.
Melalui spektrometer inframerah, mereka bahkan dapat melihat jejak tritium dan helium di dalam logam.
Kabar baiknya adalah bahwa ini membuktikan berkas energi neutron 14meV bereaksi dengan lithium-3. Ini berarti mereka berhasil memulihkan bagian dari tritium yang digunakan dalam percobaan.
Sayangnya…
Mereka menghadapi masalah yang tak terhitung jumlahnya.
Profesor Li Changxia menatap grafik di layar komputer dan mendesah lembut.
“Saya berani bertaruh bahwa benda ini akan pecah begitu seseorang menyentuhnya.”
Lu Zhou menatap data hasil pertarungan keras di layar komputer dan menjawab dengan santai, “Tidak perlu bertaruh. Bahkan jika itu tidak terkena sinar neutron, itu tidak akan sekuat itu. “
Sheng Xianfu menggelengkan kepalanya dan berkata, “Bukan hanya kerusakan radiasi, tritium yang dipulihkan terlalu rendah. Dan masalah yang paling penting bahkan bukanlah memulihkan tritium. Energi yang dilakukan oleh berkas neutron terlalu tinggi. Tidak hanya permukaan lithium-3 yang bereaksi, tetapi juga lapisan interiornya. Bahkan jika tritium dikumpulkan di interior litium, kami tidak akan dapat mengekstraknya. “
Berkas energi neutron yang membawa energi 14MeV seperti misil, logamnya bukan tandingan monster ini.
Selain itu, sinar neutron tidak hanya menembus lubang di dinding pertama, tetapi juga akan membentuk ruang kosong di dalam material dinding pertama, seperti balon. Hal ini pada akhirnya dapat mengakibatkan pembengkakan, penggetasan, dan bahkan pelepasan material permukaan dari material dinding pertama, yang dapat menyebabkan kecelakaan serius.
Inilah salah satu alasan utama mengapa bahan lapisan reaktor fisi tidak dapat digunakan dalam reaktor fusi.
Keduanya memiliki urutan yang berbeda dalam hal kemampuan tahan radiasi.
Mulai sekarang, penelitian mereka memasuki bidang yang tidak diketahui. Ini berarti tidak ada lagi literatur yang bisa mereka konsultasikan. Semua masalah mulai saat ini dan seterusnya harus diselesaikan sendiri.
Profesor Li Changxia berpikir sejenak dan menyarankan, “Bagaimana jika kita menggunakan molibdenum sebagai gantinya?”
“Molibdenum tidak akan bekerja.” Lu Zhou langsung menolak ide ini. Dia menggelengkan kepalanya dan berkata, “Molibdenum memiliki sifat tahan panas yang layak, tetapi akan menghasilkan elemen radioaktif saat mengalami iradiasi neutron.”
Peneliti lain menyarankan, “Bagaimana dengan tungsten? Tungsten memiliki sifat tahan panas yang baik, dan produk sampingannya adalah osmium dan renium, jadi tidak ada radiasi! “
Lu Zhou bahkan tidak perlu berbicara sendiri. Li Changxia menggelengkan kepalanya dan berkata, “Ini adalah kesalahpahaman yang umum. Tungsten memiliki sifat tahan panas yang baik, tetapi tidak cukup lunak. Tekanan termal akan menyebabkan keretakan pada permukaan material… Ketika saya melakukan pertukaran akademis dalam percobaan tokamak DIII-D, ada proyek penelitian khusus mengenai masalah ini. Singkatnya, tungsten tidak akan berfungsi. ”
Laboratorium kembali diam.
Lu Zhou, yang telah menatap data di layar komputer selama ini, tiba-tiba bertanya, “Jika kita tidak dapat menahan pancaran neutron di dalam stellarator, mengapa kita tidak membiarkannya lewat?”
“Melewati?” Sheng Xianfu berhenti sejenak dan tersenyum sambil menggelengkan kepalanya. Dia berkata, “Jika kita membiarkannya lewat, bagaimana kita bisa mendaur ulang neutron yang dihasilkan oleh reaksi?”
Mendaur ulang neutron deuterium-tritium yang dihasilkan dalam reaksi fusi adalah bagian penting dari teknologi fusi nuklir. Bagaimanapun, harga tritium adalah puluhan ribu harga deuterium. Itu dijual dalam gram, seharga US $ 30.000 per gram 1 .
Jika mereka tidak dapat mengambil neutron yang dihasilkan oleh reaksi, tidak hanya mereka akan kehilangan energi dalam jumlah besar, tetapi reaktor juga akan “mati” karena hilangnya tritium.
Dalam skenario yang ideal, baik tritium dan neutron harus dapat dipertahankan sebagai produk perantara. Limbah terakhir seharusnya hanya helium dan panas.
Oleh karena itu, mereka tidak boleh membiarkan neutron lewat begitu saja, mereka harus menjaganya tidak peduli apapun yang terjadi.
Lu Zhou mendengar pernyataan Sheng Xianfu dan tersenyum.
“Membiarkan mereka lewat bukan berarti melepaskan mereka. Secara teori, tidak peduli desain material dinding pertama, kita tidak dapat menghindari kerusakan berkas neutron pada ikatan logam. Juga, sifat perbaikan logam yang buruk, belum lagi masalah metamorfosis.
“Oleh karena itu, mengapa tidak membuat material dinding pertama menjadi sesuatu yang memungkinkan neutron melewatinya dan memiliki kemampuan penyembuhan diri yang kuat. Kemudian kita dapat menggunakan lithium-3 cair untuk memulihkan neutron di balik material dinding pertama. Sedangkan untuk sisi di luar litium cair, kita dapat meletakkan lapisan logam berilium untuk memantulkan neutron yang tidak bereaksi yang menembus lapisan litium cair. “
Desainnya setara dengan mengapit litium cair di antara dinding pertama dan berilium.
Sheng Xianfu menunduk dan merenungkannya sebentar. Dia pikir metode ini sepertinya bisa dilakukan, tetapi dia juga merasa ada masalah.
Dia berpikir sejenak dan menemukan dua masalah yang paling jelas.
“Tapi di mana kita bisa menemukan bahan yang memungkinkan neutron melewatinya dan memiliki kemampuan memperbaiki diri yang hebat? Bahkan setelah menggunakan lithium sebagai material dinding pertama, kami masih belum bisa menyelesaikan masalah kerusakan radiasi. Juga, seperti yang Anda katakan, setelah kami memulihkan tritium, bagaimana cara kami membawa tritium kembali ke dalam reaktor? ”
Ketika Lu Zhou mendengar dua pertanyaan ini, dia tersenyum dan berkata, “Masalah kedua mudah untuk diselesaikan. Di bawah suhu litium cair, baik tritium dan helium berada dalam bentuk gas. Mereka tidak kompatibel satu sama lain.
“Kita hanya perlu menerapkan gaya ke atas yang lemah ke neutron di dalam litium cair dan mengangkut neutron ke bagian atas reaktor.
“Kalau begitu kita hanya perlu mendaur ulang gas yang keluar dari reaktor.”
Tritium yang dihasilkan dan helium gas buang kemudian akan diinjeksikan ke dalam ruang reaksi untuk ionisasi. Sedangkan untuk mengeluarkan helium dari reaktor, itulah tugas pengalih.
Sedangkan untuk memilih pengalih berpendingin air, pengalih tungsten-tembaga, atau pengalih lainnya, pilihan tersebut akan bergantung pada kebutuhan spesifik mereka. Meskipun bagian ini sangat penting, itu bukanlah sesuatu yang tidak bisa mereka selesaikan.
Lu Zhou berhenti sejenak dan berkata, “Adapun pertanyaan pertama Anda, logam itu tidak dapat ditemukan dalam paduan. Jadi bagaimana jika kita membuang seluruh lapisan logam? ”
Semua orang di laboratorium, termasuk Li Changxia dan Sheng Xianfu, membeku.
Singkirkan lapisan logam?
Ini…
Memalukan, bukan?
“Kami tidak menggunakan logam?” Profesor Li Changxia memandang Lu Zhou dengan ekspresi heran. Dia berkata, “Lalu apa yang akan kita gunakan?”
Keramik?
Walaupun lembaga penelitian lain telah mencoba menggunakan keramik dan memberikan hasil yang layak, faktor pembunuhnya adalah konduktivitas termal keramik yang buruk.
Jika mereka tidak bisa menghilangkan panas dari reaktor, mereka akan berakhir dengan masalah lain.
Kami akan menggunakan karbon. Lu Zhou berhenti sejenak dan berkata dengan percaya diri, “Atau lebih tepatnya, komposit serat karbon!”
Lu Zhou tidak tiba-tiba mendapatkan ide kreatif ini. Dia telah memikirkan hal ini sejak lama, bahkan saat dia masih bekerja dengan Profesor Keriber di institut penelitian Wendelstein 7-X.
Inti karbon relatif stabil. Itu tidak bereaksi dengan neutron dengan mudah. Selain itu, ia dapat bertindak sebagai penyangga berkas neutron, jadi ketika berkas neutron bersentuhan dengan helium cair, ia dapat mencegah berkas neutron agar tidak langsung rusak.
Energi yang direduksi oleh lapisan serat karbon akan dilepaskan dalam bentuk energi panas. Karena sifat konduktivitas termalnya yang luar biasa, energi panas yang dihasilkan di dalam reaktor dapat dengan mudah dialihkan.
Itu juga memiliki sifat tahan panas yang baik.
Ketika tidak terpapar udara dan oksidan, serat karbon dapat menahan suhu di atas 3.000 derajat. Ini sebanding dengan titik leleh tungsten, yang memenuhi persyaratan bahan dinding pertama!
Lu Zhou memandang orang-orang di laboratorium dan berkata, “Lepaskan sepenuhnya lapisan logam dinding pertama. Gunakan serat karbon sebagai bahan struktur utama. Kemudian isi helium cair di lapisan tengah dan gunakan berilium di lapisan luar untuk memantulkan neutron. Lapisan pelindung harus merupakan campuran parafin dan karbon karbida air, ditutup dengan semen tingkat nuklir. Jika semua ini berhasil, kami akan menyelesaikan masalah retensi tritium! ”
Adapun pemilihan material komposit serat karbon dan komponen self-repairing, proyek penelitian tersebut akan dilakukan oleh divisi riset material Jinling Institute for Advanced Study.
Meskipun masalahnya parah, Lu Zhou merasa bahwa dia akan bisa menyelesaikannya!
Profesor Li Changxia tidak bisa menahan diri untuk tidak berkata, “Ini juga …”
Yang ingin dia katakan adalah ini terlalu keterlaluan.
Namun, sebelum dia bisa menyelesaikannya, Sheng Xianfu memotongnya.
“Tidak, mungkin… ini bisa berhasil!”
Sheng Xianfu mengusap dagunya dengan jarinya saat matanya mulai berbinar.
“Saya telah membaca literatur yang relevan tentang mengganti tungsten dan struktur baja dengan serat karbon. Komunitas akademik internasional optimis dengan jalur teknis ini, seperti halnya nanoceramics!
“Namun, menggunakan komposit serat karbon untuk sepenuhnya menggantikan logam sebagai badan utama reaktor dan untuk memungkinkan berkas neutron bereaksi dengan litium cair di luar dinding pertama sebelum memulihkan tritium dalam litium cair … Ini pertama kalinya saya mendengar tentang sesuatu seperti ini. “
Kesulitan yang terlibat dalam hal seperti ini tinggi. Mereka harus menghadapi masalah komposit serat karbon. Misalnya masalah suhu. Material komposit serat karbon memiliki temperatur operasi sekitar 3.000 derajat, sedangkan titik didih logam litium hanya 1.340 derajat.
Jika mereka tidak dapat mentransfer panas tepat waktu, litium cair dapat berisiko menguap, yang dapat menyebabkannya tercampur dengan reaksi tritium. Ini bisa meledakkan seluruh reaktor…
Ada juga masalah perubahan volume di mana cairan litium akan memadat setelah mesin dimatikan…
Namun, seperti yang dikatakan Lu Zhou, ide ini mungkin layak.
Setidaknya itu patut dicoba!