Глава 220 Важное открытие
— В настоящее время исследования материалов для первого слоя в основном сосредоточены на вольфраме. Ведь у вольфрама самая высокая температура плавления среди всех металлов — более трех тысяч градусов Цельсия, а также хорошие теплопроводные свойства, которые способствуют быстрому охлаждению. Если мы будем использовать кипяток для генерации электроэнергии, то вольфрам действительно поможет нам быстро нагревать воду.
В лаборатории по материаловедению, в отделе плазмы, Ли Цзяннан стоял рядом с Сяо И и рассказывал ему о сложившейся ситуации.
Сяо И слегка кивнул.
Отдел плазмы, занимаясь исследованиями ядерного синтеза, естественно, не мог обойтись без лабораторий по материаловедению.
Их исследования материалов первой стены имели значительные успехи, и у них были партнерские отношения с многими российскими институтами по материаловедению.
В настоящее время они также установили партнерские отношения с лабораторией материалов «Научный Остров».
Говоря об этом, Ли Цзянань снова вздохнул: “Конечно, это в основном ограничено тем фактом, что периодическая таблица элементов конечна. Если бы в середине таблицы были ещё какие-то металлы, которые могли существовать в нормальных условиях, может быть, мы смогли бы найти металл, лучшее чем вольфрам?”
Слыша это, Сяо И невольно улыбнулся.
Это действительно неплохая мысль: почему бы элементам в периодической таблице не добавить больше элементов между ними?
Но с научной точки зрения это вполне логично: при добавлении каждого электрона вне ядра свойства элемента меняются. Чтобы уравновесить лишние отрицательные электроны, в атомном ядре добавляется ещё один позитивно заряженный протон, определяющий внутреннюю природу элемента.
Это все больше напоминает продуманную идею.
Действительно ли существует Творец?
Каждый учёный, наверное, в какой-то момент задается этим вопросом, но в конце концов отвергает его своими научными убеждениями.
— Но если говорить серьёзно, ты действительно намерен ставить первым своим приоритетом именно материалы для первого барьера?
Ли Цзянань в это время вновь спросил.
Сяо И кивнул и ответил: «Да».
— Если проблема первого слоя материала не будет разрешена, то вопрос о высокоэффективной экстракции энергии, производимой ядерным синтезом, останется нерешенным.
Ли Цзянань помолчал.
Он знал, что эта фраза верна.
Если тепло не будет обмениваться, то энергию ядерного синтеза смогут заключить только в реакторе ядерного синтеза.
Обмен теплом означает необходимость в контакте.
На уровне развития человеческой цивилизации в этом мире ни один материал не сможет непосредственно противостоять плазме ядерного синтеза.
Поэтому материалы, отвечающие за теплообмен, могут быть только расходными.
Сяо И сказал:
— Помните слова, которые я произнёс на церемонии приема в должность.
— Когда всё сырье для изготовления этих расходных материалов будет полностью израсходовано, что тогда будет с человечеством?
— Например, вольфрам.
— Например, вольфрам. По статистике, мировые запасы вольфрама составляют всего более четырех миллионов тонн. Казалось бы, это много, но если в будущем вольфрам станет самым важным материалом для первой стены ядерного синтеза, его потребление неизбежно возрастет в разы. В таком случае нам придется задуматься о том, что произойдет, когда запасы вольфрама закончатся.
— Если к этому моменту человечество не найдёт альтернативы ядерному синтезу, то все ядерные реакторы в мире вынуждены будут остановиться. Тогда цивилизация откатится назад на уровень нашего времени.
— Подумайте еще об одном факте: в 1850 году, когда началась вторая промышленная революция, население Земли составляло около 1,2 миллиарда человек. К 2024 году оно выросло до 8 миллиардов – почти в семь раз больше.
— Если же появится технология ядерного синтеза, то через несколько веков население Земли, скорее всего, снова резко вырастет.
— Говоря об этом, Сяо И внезапно нахмурился и сказал:
— Конечно, учитывая общее мнение молодых людей сегодня, вопрос о том, увеличится ли население в шесть или семь раз, действительно стоит обсудить.
— Впрочем, два или три раза – это, скорее всего, не составит большой проблемы.
— Услышав это, Ли Цзянань заинтересовался и с улыбкой спросил: “Вы тоже молодой человек, что думаете?”
— Сяо И с невозмутимым видом посмотрел на Ли Цзяннюа: “Ли-юаньши, лучше не вмешивайтесь в мои дела.”
— — Э, как же можно не беспокоиться? Ведь вы теперь все-таки наш молодой сотрудник из института. Как старик, я должен заботиться о чувствах молодых коллег — это вполне разумно?
Взгляд Сяо И мгновенно охладился:
— Женщины только мешают моей научной работе.
Ли Цзянань ахнул и улыбнулся.
— Но потом он откашлялся и сказал:
— Тем не менее, считаю, что ваше мнение слишком пессимистично. Как говорится, когда придёт время переходить мост, мы всегда найдём способ.
Он посмотрел на солнце и сказал:
— Например, через несколько веков человечество сможет строить зонты Дейсона. Как только зонт Дейсона будет построен, у нас появится возможность жить в гармонии с Солнцем.
— Зонт Дейсона...
Сяо И вспомнил свой сон, который ему приснился накануне вечером.
Внутри этого сна человечество уже создало зонт Дейсона, способный поглощать почти всю энергию, испускаемую Солнцем. Очевидно, что даже если бы люди построили ещё больше ядерных реакторов, они не сравнятся с естественным ядром — звездой.
На такой основе человечество могло бы действительно существовать в гармонии с Солнцем.
Но… цивилизация, способная построить зонт Дейсона, наверное, и без Солнца смогла бы прекрасно существовать?
Может быть, в то время люди всё ещё считали бы солнечный свет самым красивым зрелищем во Вселенной и хотели бы его сохранить, не строя Зонт Дейсона.
В конце концов он покачал головой и сказал:
— Ладно, время для фантазий прошло. Теперь пора подумать, какая конструкция сможет защитить нас от солнечной радиации.
Сяо И махнул рукой, больше не говоря ни слова, и продолжил работу на компьютере.
Ранее он пытался построить модель, способную противостоять ударам высокоэнергетических частиц.
В микромире нет понятия температуры. Температура — это макроскопическая величина, которая в микромире коррелирует со средней кинетической энергией частиц. Конечно, связь между температурой и кинетической энергией зависит от состояния вещества.
Например, для газов, согласно классической теории идеального газа, связь между температурой и средней кинетической энергией молекул выражается уравнением: 3/2kB·T = 1/2m[v²], где kB — это постоянная Больцмана, равная примерно 1.38×10²³ Дж/К, T — температура в кельвинах, m — масса молекулы газа, [v²] — среднеквадратичная скорость молекул.
Конечно, форма плазмы похожа на форму газа.
Поэтому, зная температуру плазмы, можно рассчитать кинетическую энергию её отдельных частиц.
В процессе ядерного синтеза частицы плазмы — главным образом электроны и ионы, а также нейтроны — обладающие кинетической энергией, сравнимой с температурой в сотни миллионов градусов, сталкиваются с атомами материала стенок.
При таких сильных ударах обычные материалы разрушаются.
Поэтому его нынешняя цель — найти атомную структуру, способную выдержать такой удар.
Металл вольфрам, очевидно, является хорошим выбором. В рамках некоторых существующих технологий сплавов, например, вольфрамо-хромо-титановых сплавов, он теоретически может выдерживать условия ядерного синтеза в течение более месяца.
Но всего лишь месяц – совсем мало.
Поэтому в этот момент нужно подумать, какие другие сплавные структуры можно использовать для дальнейшего повышения его радиационной стойкости.
Кроме того, у вольфрама есть и недостатки: при высоких температурах он становится хрупким, что существенно влияет на его характеристики. Поэтому в ходе исследований необходимо попытаться решить эту проблему.
Помимо металлического вольфрама углеродные композитные материалы также являются одним из вариантов.
Углерод как материал обладает действительно большим количеством свойств и, казалось бы, может быть применен практически в любой области.
Углеродные композитные материалы обладают хорошей теплопроводностью и стойкостью к ударным нагрузкам при высоких температурах, но под воздействием высокоэнергетических нейтронов они претерпевают физические и химические изменения, требующие дальнейших исследований.
Кроме этих двух материалов, в выбор ученых вошло ещё множество других видов материалов.
Например, низкоактивированные стали и ODS-стали, а также наноматериалы и тому подобное.
Среди них Сяо И больше всего предпочитает стальные и углеродные материалы, ведь запасы этих двух материалов на Земле намного больше, чем у вольфрама, поэтому беспокоиться не стоит. Кроме того, их стоимость значительно ниже, чем у вольфрама.
Кроме того, у вольфрама гораздо большая плотность. При одинаковом весе объем как углерода, так и стали будет значительно меньше, чем у вольфрама.
Плотность вольфрама составляет примерно 19,35 грамма на кубический сантиметр, а у стали — около 7,86 грамма на кубический сантиметр.
Что касается углерода, то о нём говорить нечего.
Конечно, учитывая, что железо в земной коре встречается долей в 5 %, а углерод всего лишь 0,02 %, приоритет отдаётся железу.
Так, Сяо И постоянно пытался соединить разные структуры. Конечно, в короткий срок не стоит ожидать каких-либо результатов.
Перед такой проблемой он мог лишь пытаться решить её путём постоянных экспериментов и удачи.
Конечно, помимо того что он пытался смоделировать это на компьютере, он также постоянно экспериментировал с синтезом новых материалов и затем использовал их для более глубокого моделирования внутренней структуры.
В процессе работы он также обнаружил ещё одно применение моделирования материалов: он мог прямо моделировать условия ядерного синтеза, что позволяло ему смоделировать воздействие нейтронного облучения и высокотемпературной плазмы на них.
Эта функция была очень мощной, ведь теперь ему не нужно было вводить синтезированные материалы в устройство ядерного синтеза для испытаний – он мог просто провести моделирование.
Ведь стоимость запуска ядерного синтеза была очень высока: только нагрев топлива до сотен миллионов градусов требовал огромных энергозатрат, а к этому добавлялись еще и расходы на обслуживание.
Кроме того, благодаря этой функции он мог наблюдать, как меняется структура материала под воздействием нейтронного излучения и высокотемпературного плазменного импульса, что позволяло проводить целенаправленные улучшения.
Так быстро пролетел время.
…
Дни постепенно переходили в март.
А сама конференция по докладу об уравнении НС всё ближе и ближе.
Даже Сяо И вынужден был отложить исследования по материалам первой стены и начать уделять часть своего времени подготовке к конференции.
На данный момент число подтвердивших свое участие в конференции уже приближается к двум тысячам, что можно считать весьма внушительным показателем.
Среди них почти половина — учёные из-за границы.
Что касается места проведения конференции, то в итоге было выбрано Хуйшэнский международный конгресс-центр в городе Фэйши. Другие места не могли принять такое крупное мероприятие с двумя тысячами участников.
И у университета тоже было желание провести конференцию на своей территории, но с таким количеством участников им пришлось бы использовать только стадион.
Но если бы конференция всё же состоялась на стадионе, то вечером в социальных сетях наверняка начались бы насмешки.
Осталась всего неделя.
В лаборатории на Научном острове, в кабинете Сяо И, он посмотрел на дату: 8 марта. До 15 марта оставалось всего семь дней.
— Ну, пора приступать к созданию презентации.
Открыв компьютер, он создал новую папку и назвал её «Презентация по докладу об уравнении NS на 15 марта 2024 года».
Создав файл PPT, он просто применил шаблон и начал вводить текст.
Что касается внешнего вида презентации...
Ну, он же не студент, который должен защищать диплом и заботиться о внешнем виде своей презентации. Но едва он вставил тему на первую страницу, как раздался стук в дверь офиса.
Проходи.
сказал он.
Когда дверь открылась, вошел Лю Сяодун.
Сяо И взглянул на него, хитро приподнял брови и спросил: — Лю Сяодун, что случилось?
Лю Сяодун подошел вперед, в руках у него была стопка листов формата А4. Он сказал: — Профессор, вы еще помните то, что я обнаружил тогда?
Сяо И кивнул: — Конечно, помню.
Примерно год назад, когда Лю Сяодун завершил работу над твердотельными литий-серными аккумуляторами, пересматривая эксперименты по наноматериалам с пустотами, он обнаружил, что при размере пор 20–30 нм, особенно при размере 26 нм, скорость прохождения электронов через эти поры необычно увеличивается, даже в десять раз и более.
Увеличение скорости в десять раз и более — это действительно значительное открытие.
В то время Сяо И решил, что это открытие может быть столь же важным, как и квантовый эффект Холла.
Только вот тогда он занимался вопросом предела Гринвальда, поэтому не обратил на это внимания.
Он невольно заинтересовался и спросил:
— Так значит, вы открыли принцип?
— Э…" — Лю Сяодун неловко почесал затылок и сказал: Пока нет, но в целом это связано с некоторыми свойствами композитных материалов на основе углерода, возможно, также с какими-то еще не обнаруженными."
Это явление слишком случайное, и вероятность его появления очень мала, поэтому его трудно проверить.
Сяо И слегка кивнул:
— Статья ещё не опубликована?
— Нет, пока что нет.
Лю Сяодун неуверенно сказал:
— Вы знаете…
Сяо И улыбнулся.
Такое открытие, даже если не разобраться в его принципе, вполне можно опубликовать в престижном журнале, но очевидно, что так получится отказаться от выгоды, которую принесёт понимание принципа.
Поэтому, если совсем невозможно обнаружить конечный принцип, исследователь в основном будет стараться изо всех сил найти его истоки.
А очевидно, что сейчас именно такая ситуация с Лю Сяодуном.
— Тогда вы сейчас собираетесь сотрудничать со мной?
Лю Сяодун кивнул: — “Да, я сам всё равно не могу найти принцип, но профессор Шэнь, вы наверняка сможете. Сейчас, вероятно, у вас нет дел?”
В прошлый раз Шэнь И был занят другими делами и оставил ему разобраться самому.
Только недавно он узнал, что Сяо И занимался исследованием уравнения НС и ядерного синтеза, даже доказав его.
Это шокировало его до глубины души.
Но сейчас, наверное, у Сяо И есть свободное время?
Сяо И немного подумал и кивнул:
— Хорошо, я действительно довольно высоко ценю этот проект. Поскольку ты хочешь заниматься этим исследованием вместе со мной, я не откажусь.
Сначала он отказался, потому что у него были другие дела, а также потому что это открытие принадлежало Лю Сяодуну. Поэтому он решил сначала дать Лю Сяодуну возможность самостоятельно заняться этим исследованием и посмотреть, достигнет ли он каких-либо результатов.
Лю Сяодун тут же обрадовался.
Это получится!
Эти материалы — экспериментальные данные?
Сяо И в это время взглянул на принесенные им А4-листы и спросил.
Да, здесь все данные, которые я отбраковал как наиболее ценные. Пожалуйста, ознакомьтесь.
Лю Сяодун передал эти данные Сяо И.
Сяо И взял их и стал рассматривать.
Эти данные представляли собой результаты анализа различных образцов различными экспериментальными приборами; в них содержалась много информации.
А Сяо И, рассматривая их все больше и больше, постепенно суживал свои глаза.
— Немного интересно.
Эти данные могут быть полезны для изучения различных свойств углеродно-композитных материалов.
Возможно…
— Даже...
...найти ему подходящую для первой стены структуру из углерода?