Глава 199 Бог Расчёта Материалов
Построить токарный станок с полным высокотемпературным сверхпроводником HTSC-1... —
Послушав рассказ Ли Цзяняня, Сяо И задумался.
В конце концов, — сказал он, — полагаю, вам не стоило обращаться ко мне с такой просьбой?
Ли Цзянань покачал головой и с сожалением сказал: “Сейчас государство всё ещё довольно консервативно относится к финансированию области управляемой термоядерной реакции. Ведь для того, чтобы реализовать коммерческий реактор управляемого термоядерного синтеза, даже демонстрационный — понадобится неизвестно сколько лет.”
— Кроме того, мы не такие, как коллайдеры частиц, где результаты появляются легко. У них одна стачка дает материал для исследований на многие годы, и в результате рождаются сотни публикаций в таких журналах, как «Science», «Nature» или PRL. —
— Мы запускаем реактор, тратим деньги. Даже если это будет успехом, то максимум, что мы сможем сказать, — мы сработали ещё на несколько секунд. —
— Вы видели те новости о том, что мы смогли сработать сто секунд, тысячу метров? Звучит впечатляюще, но на самом деле это всего лишь крохотный шаг. До практического применения нам нужно пройти ещё тысячи, десятки тысяч раз. —
— Эти новости просто показывают всем, что мы движемся в правильном направлении. —
Ли Цзянань вздохнул:
— Управляемая ядерная фузия — это слишком сложно.
Глядя на безмолвное выражение лица этого старого академика, Сяо И слегка кивнул, показывая свое понимание.
Все знают о трудностях управляемой ядерной фузии.
Для этого требуется не прорыв в одной области, а совокупный прорыв во множестве областей.
Более того, этот прорыв должен достигнуть уровня прорывов, которые мы видим в различных произведениях научной фантастики.
Сверхпроводники — лишь один из примеров.
Самым желанным сверхпроводником для управляемой термоядерной реакции является, конечно же, сверхпроводник, работающий при комнатной температуре. Термоядерный синтез при комнатной температуре не требует сложных систем охлаждения и позволяет в полной мере использовать мощное магнитное поле, создаваемое таким сверхпроводником.
Конечно, на сегодняшний день характеристики HTSC-1 позволяют практически полностью решить эту проблему.
Но помимо сверхпроводников, существует ещё одна главная проблема — материал первой стены.
Материал первой стены – тот, который в процессе ядерного синтеза непосредственно контактирует с плазмой температурой в сотни миллионов градусов.
В любом устройстве для ядерного синтеза имеется материал первой стены.
Конечно, с точки зрения современной технологии материал первой стены в основном не сталкивается с плазмой температурой в сотни миллионов градусов. Эти плазмы, благодаря совместному действию мощных магнитных полей, фактически не представляют серьезной проблемы в плане температуры. В действительности материалу первой стены достаточно выдерживать температуру около 1000 градусов Цельсия, максимум 3000 градусов Цельсия.
Самым большим повреждением для материала первой стены является, в действительности, воздействие нейтронов.
В настоящее время в исследованиях по ядерному синтезу люди в основном используют реакцию дейтерий-тритий, которая при реакции генерирует нейтроны с энергией около 14.1 МэВ.
Нейтроны несут электрический заряд, поэтому даже самые мощные магнитные поля не могут их контролировать. Вследствие этого нейтроны при такой высокой энергии напрямую сталкиваются с материалом первой стены.
По расчётам, нейтроны при энергии 14,1 МэВ достигают скорости примерно в 16,83 % от скорости света.
Само собой, обычные материалы первой стены не выдерживают таких мощных ударов нейтронов. В такой среде они быстро разрушаются, покрываясь ямами и трещинами, становясь невероятно хрупкими. Даже такое прочное вещество, как вольфрам, в крайних случаях может просто раздавить.
Чтобы найти такой материал, ученые всего мира уже много лет безуспешно пытаются разрабатывать его.
Скорее всего, только материалы с сильным взаимодействием, о которых пишут в научной фантастике, могли бы выдержать нейтронное облучение.
Поэтому работа в институтах, занимающихся исследованиями контролируемого ядерного синтеза с помощью плазмы, не так популярна, как в других областях.
Кроме того, добиться каких-либо результатов очень сложно, а достижение конечной цели кажется чем-то недостижимым, словно воздушному замку.
Поэтому мы хотели бы сотрудничать с профессором Шяо, надеясь, что его известность поможет нам. Возможно, тогда руководство согласится выделить средства на строительство нового устройства для ядерного синтеза.
Ли Цзянань сказал:
— Кроме того, будет доля HTSC-1. Говорят, завод HTSC-1 скоро откроется. Хотите получить часть от HTSC-1? На неё очень много претендентов. В вашем университете есть те, кто занимается квантовыми вычислениями, а также люди из института высоких энергий, и…
— ...и военные. Они запросят столько, что места для наших НИИ не останется.
Рядом стоящий Чжао Чжанью тоже сказал:
— Да, мы занимаемся термоядерным синтезом, внося, по крайней мере, свой вклад в будущее человечества. Может ли человеческая цивилизация подняться с 0,7 уровня на 1 уровень? Всё зависит от нас! Что там делают другие исследователи, значения не имеет!
Все присутствовавшие рассмеялись.
Сяо И тоже улыбнулся и покачал головой, но после небольшой паузы все же снова покачал головой и сказал:
— Академик Ли, прошу прощения, в этом вопросе я сейчас не могу согласиться.
Ли Цзянань сохранил спокойствие на лице, но в его глазах мелькнуло разочарование и нежелание.
Он вздохнул и сказал:
— Хорошо, я тоже понимаю, что этот запрос немного усложнит положение профессора Сяо.
Ведь Сяо И не занимается их ядерным синтезом, завлекая его сюда, потому что если бы действительно что-то получилось, то формально это принадлежало бы лаборатории научного острова и им, отделу плазмы, но фактически только у них в отделе плазмы есть специалисты в этой области.
Даже если бы Сяо И не занимался ядерным синтезом или исследованиями в области ядерной физики.
Более того, он только что думал расширить лабораторию научного острова, и это тоже требовало денег. Если бы сейчас из-за дела отдела плазмы пришлось просить деньги, хотя он сейчас был важным специалистом, наверняка сверху не позволили бы ему так просто их получить. Это ведь не дело нескольких миллионов или десятков миллионов, а речь шла о сотнях миллионов.
Однако Сяо И не был слишком холодным человеком, ведь о нем так говорили.
Поэтому, продолжил он:
— Однако, кроме этого вопроса, я согласен на остальные условия.
— Например, касательно доли в HTSC-1, я могу попытаться добиться для вас большей доли.
— Хотя пока мы не можем построить новые управляемые термоядерные установки, HTSC-1, думаю, все же сможет помочь вам провести некоторые моделирующие эксперименты. В итоге публикация нескольких статей в ведущих журналах вполне осуществима.
Услышав это от Сяо И, перед глазами у Ли Цзяннюа и его команды засияла надежда, после чего все кивнули в знак согласия.
Да, действительно так.
Даже если не удастся создать новый токарный мак, если у них будет HTSC-1 для проведения некоторых симуляционных экспериментов, публикация нескольких статей в топовых журналах станет очень лёгкой задачей.
Например, можно перечислить преимущества HTSC-1 для достижения ядерного синтеза и просто публиковать несколько статей в журналах уровня Nature и Science. Такие статьи с заманчивым названием — именно то, что им нравится.
Кроме того, это важно не только для ядерного синтеза. Их лаборатория плазмы, занимающаяся в основном управляемым термоядерным синтезом, также исследует и другие проблемы, связанные с плазмой.
Эти другие проблемы, или точнее, в большей или меньшей степени все они связаны с исследованиями суперпроводников.
Используя такой высокоэффективный суперпроводник, как HTSC-1, они смогут добиться результатов, достойных публикации в ведущих научных журналах.
Другие исследовательские институты и лаборатории стремятся получить доступ к HTSC-1 по той же причине.
В любом случае, возможность добиться результатов и опубликовать статью — это для исследователей самое ценное.
— А затем Сяо И продолжил:
— Кроме того, если у вас возникнут какие-нибудь теоретические задачи, с которыми вам понадобится помощь, я тоже могу попытаться разобраться. Если мне удастся решить их, то это будет полезно для ваших исследований.
Услышав его слова, Ли Цзянань и остальные невольно переглянулись друг на друга.
Слова Сяо И звучали с уверенностью.
Они не смогли решить проблемы, а Сяо И считает, что сможет их изучить.
В это время Чжао Чжанью сказал:
— У меня здесь возникла проблема. С теоретической точки зрения, можно ли уже повысить предел Гринвальда?
— Предел Гринвальда?
Сяо И подумал немного и сказал:
— Ты имеешь в виду физический параметр, который встречается на токарных станках?
— Да, — сказал Чжао Чжанью. — Гринвальд определяет максимальную среднюю плотность плазмы в токарках. Если плотность плазмы в токарке превышает этот предел, она становится неустойчивой, что влияет на поддержание и эффективность реакции ядерного синтеза.
— В принципе, считалось, что предел Гринвальда был достигнут им в 1988 году. Однако в 2022 году этот предел был повышен почти вдвое.
— То есть, в токарных станках при той же степени безопасности можно добавлять больше топлива, чтобы работать с большей мощностью и получать больше энергии.
— Можно ли ещё как-то повысить этот предел?
Услышав это, Сяо И заинтересовался.
Ммм, классическая задача — найти предел.
Хотя в контексте управляемой термоядерной реакции эта задача представляет собой значительную сложность.
— Понял. После возвращения займусь этим вопросом. Получив результаты, обязательно сообщу вам.
— Хорошо. Чжао Чжанью кивнула.
Затем Сяо И ещё немного побродил среди них, но чтобы стать свидетелем возгорания EAST, пришлось подождать подходящего случая.
Ведь нельзя же из-за его визита сразу запускать искусственное солнце!
А уж потом обслуживание этой штуки после запуска будет настоящей головной болью.
Кроме того, Сяо И заглянул в их столовую, чтобы посмотреть, как там все устроено.
Их лаборатория на научном острове сейчас очень нуждается в столовой, иначе им приходится выходить за пределы острова для еды, что весьма неудобно.
Внутри лаборатории много людей уже жаловались ему на эту проблему. Лишь после обеда визит Сяо И подошёл к концу.
Вернувшись в лабораторию на Научном острове.
В своём кабинете Сяо И открыл компьютер. Сначала он посмотрел на прогресс расчёта плотности состояний для модели электронно-интерфейсного взаимодействия и точного решения уравнения Шрёдингера.
... Mmm.
Я полагаю, что расчет будет завершен сегодня вечером.
После этого он больше не смотрел и вспомнил вопрос, который Чжао Чжанью ему задал.
Лимит Гринвальда... Почему бы и не назвать его Гриндевалдом?
В его голове одновременно всплывали мысли, и он начал собирать информацию по теме.
Вскоре он нашёл ту самую статью, опубликованную в 2022 году.
— «Масштабирование предельных значений плотности токамаков на основе передачи турбулентности вблизи границы»… Метод первого принципа используется, поэтому результаты получены с помощью вычислений.
— Эм… так что в итоге это все же довольно сложная оптимизационная задача?
Сяо И погрузился в раздумья на мгновение.
— Плазменные турбулентности… В статье используется упрощённая модель переноса и упрощённый вариант модели Брагинского для описания физических процессов в краевой области плазмы.
— Хотя степень упрощения довольно высока, результаты все же достаточно точны.
— Но что если использовать более совершенные модели течения?
Сяо И слегка покачал головой:
- Не ожидал, что результат появился только в 2022 году. Наверное, это из-за того, что раньше занимались исследованиями ядерного синтеза недостаточно много людей
Как международный проект по экспериментальному исследованию термоядерного синтеза ИТЭР обсуждался с 1985 года, но окончательный проект был завершен только в 2001 году, а строительство началось лишь в 2007.
После этого он больше не думал об этом и начал собирать различные материалы, потому что для решения проблемы сначала нужно её понять.
Так и шло время незаметно.
…
Через три дня, когда расчеты по модели миграции электронов на интерфейсе были завершены, Сяо И объединил эти результаты с моделью. Таким образом, модель, описывающая поведение миграции электронов в процессе реакции на интерфейсе, была наконец полностью готова.
— Готово.
Глядя на эту модель на компьютере, Сяо И подмигнул.
— Следующим шагом будет проверка его точности.
Он тут же вызвал четырех человек из своей группы по проекту и провел внеочередное совещание.
— Последние несколько дней наша цель состояла в проверке точности этой модели.
Встав на передний план небольшого конференц-зала, Сяо И открыл презентацию и продемонстрировал модель электронного интерфейса.
Ли Цзяодэнь и еще трое пребывали в полном недоумении.
— Модель?
— Какую модель?
Всё, чем занимался профессор Ся в последние дни, — это эта модель?
Я назвал его «Модель миграции электронно-интерфейсных реакций», сокращённо — EIRM.
Его основное применение — уравнения реакции-диффузии. Оптимизируя их, слияние со схредингеровским уравнением и плотностью состояний на границе позволяет описать поведение миграции электронов в процессе интерфейсных реакций.
Если ему удастся добиться точного описания, мы сможем в определённой степени помочь в оптимизации литий-фосфорно-серебряно-хлоридных материалов.
Услышав рассказ Сяо И, четверо мгновенно широко раскрыли глаза.
Что?!
Описать электронную миграцию и, кроме того, специально для процессов, происходящих на границе раздела?
Боже, их профессор Шяо — просто ужас. Не тронет — все хорошо, а если начнет — сразу всех напугает.
Ладно, теперь я отправлю вам эту модель. Посмотрите ее, и если что-то непонятно, спрашивайте меня. А потом начнем экспериментальную проверку.
Затем Сяо И отправил им модель.
Четверо сразу же с неподдельным интересом приступили к изучению её.
Чем больше они смотрели, тем сильнее росло их волнение.
— Удивительно!
— Даже смогли найти решение уравнения Шрёдингера для электрона на границе интерфейса, этот волновой пакет — слишком точен!
— Плотность состояний на границе интерфейса — ключевой фактор, влияющий на миграцию электронов. Эта модель правильно учитывает дискретизацию энергетических уровней электрона на границе интерфейса.
— Ещё….
Четверо не могли молчать от удивления.
Более того, то, что им удавалось видеть, было лишь поверхностным. Модель охватывала глубины, превышающие их самые смелые фантазии.
В любом случае, они пришли к единому выводу.
Возможно!
Профессор, мы закончили.
Проблем нет?
Нет.
Сяо И кивнул: — Хорошо, тогда так, сейчас в лабораторию, проведим экспериментальную проверку.
Да!
Так они и пришли в разные лаборатории, чтобы начать проверки.
Используя передовые технологии, такие как сканирующий туннельный микроскоп и атомно-силовой микроскоп, они непосредственно наблюдали траекторию миграции электронов на границе раздела и сравнивали её с теоретическими моделями. Для проверки также использовались различные методы, например, измерение скорости миграции электронов и плотности состояний.
Примерно через несколько дней.
По мере завершения всех лабораторных работ...
Глядя на результаты, указанные в окончательном отчете, Лю Сяодун и его команда были поражены.
— Разница между моделью и экспериментальными данными не превышает 15 %, а среднестатистическая погрешность составляет всего 5 %…
— Вау!
Они почувствовали, будто увидели бога вычислений.