الفصل 522: عدم اتباع المسار المعتاد
ترجمات هينيي
غادر كبير المهندسين وانغ معهد أبحاث النجم ستيلاريتور حاملاً معه المخطط الفني. وفي اليوم نفسه ، طار عائداً إلى مقر المؤسسة الوطنية الصينية للطاقة النووية في تعذية ، واتصل بخبراء الطاقة الكهربائية السائلة المغناطيسية في أكاديمية الهندسة. وبدأوا بمناقشة جدوى تطبيق تقنية الطاقة الكهربائية السائلة المغناطيسية على جهاز الاندماج القابل للتحكم.
مع ذلك ورغم رحيل قائدهم ، بقيت فرقة عمل المؤسسة الوطنية الصينية للطاقة النووية في جينلينغ. وكانوا يعملون مع باحثي معهد أبحاث النجم ستيلاريتور في المسائل التقنية.
وفي الوقت نفسه كان جهاز ستار يخضع للتجارب.
بعد حصول المعهد على تمويل بحثي كافٍ ، بدأ بإجراء تجارب كل ثلاثة أيام تقريباً. حيث كانت أهدافهم البحثية هي الهيدروجين والهيليوم ، وكانت مهمتهم مراقبة خصائصهما الفيزيائية المعقدة المختلفة في بلازما الستيلاريتور.
ومن أجل جمع بيانات قيمة ، طالب لو شوه بخلط 1 ملغ من الديوتيريوم الثمين في غرفة التفاعل ، الأمر الذي كان ينطوي على خطر إتلاف مادة الجدار الأولى.
في الواقع ، تسببت هذه التجربة في بعض الأضرار لجهاز النجم. لحسن الحظ كان الضرر قابلاً للإصلاح. ولكن حتى مع ذلك كان لا بد من إيقاف تشغيل الجهاز بالكامل لمدة شهر على الأقل.
وبطبيعة الحال على الرغم من أن التكلفة كانت مرتفعة إلا أن العائد كان مرتفعا أيضا.
ولم يكتفوا بالتحقق من إمكانية حدوث اشتعال نتيجة تفاعل الاندماج النووي ، بل حصلوا أيضاً على شريحة من الليثيوم تعرضت لشعاع نيوتروني يحمل 14 ميجا إلكترون فولت من الطاقة.
لا يمكن قياس القيمة البحثية العلمية لقطعة الليثيوم بالمال.
ربما كانوا المعهد الوحيد في الصين الذي كان قادراً على إجراء مثل هذه التجارب الباهظة.
كانت شريحة معدن الليثيوم هذه التي صُنعت بجهد كبير ، موضوعة بهدوء في شريحة مجهر أكسجين مُعالَجة خصيصاً. ووُضعت تحت مجهر إلكتروني ماسح ، وراقبها عامل يرتدي ملابس واقية.
خارج الغرفة المعزولة كان لو شوه وباحثون آخرون يقفون أمام جهاز حاسوب في المختبر. ومن خلال شاشة الحاسوب تمكنوا من ملاحظة الأرقام والخرائط من المجهر الإلكتروني الماسح.
تماماً كما توقعوا كان السطح المعدني الأملس الأصلي مغطى بالثقوب.
ومن خلال مطياف الأشعة تحت الحمراء تمكنوا حتى من رؤية آثار التريتيوم والهيليوم في المعدن.
الخبر السار هو أن هذا أثبت تفاعل حزمة طاقة نيوترونية بقوة 14 ميجا فولت مع الليثيوم-3. هذا يعني أنهم تمكنوا بنجاح من استعادة جزء من التريتيوم المستخدم في التجربة.
للأسف...
لقد واجهوا مشاكل لا حصر لها.
حدق البروفيسور لي تشانغشيا في الخرائط على شاشة الكمبيوتر وتنهد بهدوء.
"أنا على استعداد للمراهنة على أن هذا الشيء سوف ينكسر في اللحظة التي يلمسه فيها شخص ما. "
حدّق لو شوه في البيانات التي عُرضت بشق الأنفس على شاشة الكمبيوتر ، وأجاب بلا مبالاة "لا داعي للمراهنة. حتى لو لم تُصَب بشعاع النيوترون ، فلن تكون بتلك القوة. "
هز شينغ شيانفو رأسه وقال "الأمر لا يقتصر على الضرر الإشعاعي ، فكمية التريتيوم المُستردة منخفضة للغاية. والمشكلة الأهم ليسوا حتى استخلاص التريتيوم. فالطاقة التي يحملها شعاع النيوترون عالية جداً. لم يتفاعل سطح الليثيوم-3 فحسب ، بل تفاعلت الطبقات الداخلية أيضاً. حتى لو جُمِع التريتيوم داخل الليثيوم ، فلن نتمكن من استخراجه. "
كان شعاع طاقة النيوترون الذي يحمل 14 ميجا إلكترون فولت من الطاقة مثل الصاروخ ، ولم تكن المعادن قادرة على مواجهة هذا الوحش.
كذلك لم يخترق شعاع النيوترون ثقباً في الجدار الأول فحسب ، بل سيُشكّل فراغاً داخل مادة الجدار الأول تماماً مثل البالون. قد يؤدي هذا في النهاية إلى انتفاخ مادة الجدار الأول وهشاشتها ، بل وحتى تساقطها من سطحها ، مما قد يؤدي إلى حوادث خطيرة.
كان هذا أحد الأسباب الرئيسية لعدم إمكانية استخدام مادة طبقة مفاعل الانشطار في مفاعل الاندماج.
كان لدى الاثنين أوامر مختلفة من حيث قدراتهما على مقاومة الإشعاع.
منذ ذلك الحين ، دخل بحثهم مجالاً مجهولاً ، ما يعني أنه لم يعد هناك أي مراجع يمكنهم الرجوع إليها. حيث كان لا بد من حل جميع المشاكل من الآن فصاعداً بأنفسهم.
فكر البروفيسور لي تشانغشيا الصغيرهً واقترح "ماذا لو استخدمنا المتجريبدينوم بدلاً من ذلك ؟ "
"المتجريبدينوم لن يُجدي نفعاً. " رفض لو شو هذه الفكرة فوراً. هز رأسه وقال "المتجريبدينوم مقاوم للحرارة بشكل جيد ، لكنه سيُنتج عناصر مشعة عند تعرضه للإشعاع النيوتروني. "
اقترح باحث آخر "ماذا عن التنغستن ؟ يتميز التنغستن بخصائص مقاومة جيدة للحرارة ، ونواتجه الثانوية هي الأوزميوم والرينيوم ، لذا فهو لا يُصدر إشعاعات! "
لم يكن لو شو بحاجة حتى للتحدث. هز لي تشانغشيا رأسه وقال "هذا اعتقاد خاطئ شائع. يتميز التنغستن بخصائص مقاومة جيدة للحرارة ، لكنه ليس مرناً بما يكفي. سيؤدي الإجهاد الحراري إلى تشقق سطح المادة... عندما كنتُ أُجري تبادلاً أكاديمياً في تجربة توكاماك دالثالث-د كان هناك مشروع بحثي مُحدد يتعلق بهذه المشكلة. باختصار ، التنغستن لن يُجدي نفعاً. "
وأصبح المختبر صامتا مرة أخرى.
لو شوه الذي كان يحدق في البيانات على شاشة الكمبيوتر طوال هذا الوقت ، سأل فجأة "إذا لم نتمكن من احتواء شعاع النيوترون داخل الستيلاريتور ، فلماذا لا نسمح له بالمرور ؟ "
"تمر ؟ " توقف شينغ شيانفو للحظة ثم ابتسم وهو يهز رأسه. ثم قال "إذا سمحنا لها بالمرور ، فكيف يُفترض بنا إعادة تدوير النيوترونات الناتجة عن التفاعل ؟ "
كانت إعادة تدوير نيوترونات الديوتيريوم والتريتيوم الناتجة عن تفاعل الاندماج جزءاً أساسياً من تقنية الاندماج النووي. ففي نهاية المطاف كان سعر التريتيوم عشرات الآلاف من سعر الديوتيريوم. وكان يُباع بالغرامات ، بتكلفة 30 ألف دولار أمريكي للغرام.
إذا لم يتمكنوا من استعادة النيوترونات الناتجة عن التفاعل ، فلن يخسروا كمية كبيرة من الطاقة فحسب ، بل سيتوقف المفاعل أيضاً عن العمل بسبب فقدان التريتيوم.
في سيناريو مثالي ، يُفترض أن يكون كلٌّ من التريتيوم والنيوترون قابلاً للحفظ كمنتج وسيط. أما النفايات النهائية ، فتقتصر على الهيليوم والحرارة.
لذلك لا ينبغي لهم أن يسمحوا للنيوترون بالمرور فحسب ، بل كان عليهم الحفاظ عليه مهما كان الأمر.
سمع لو شوه تعليقات شينغ شيانفو وابتسم.
السماح لها بالمرور لا يعني إطلاقها. و نظرياً ، وبغض النظر عن تصميم مادة الجدار الأولى ، لا يمكننا تجنب تلف الروابط المعدنية بسبب شعاع النيوترونات. و كما أن خصائص إصلاح المعادن ضعيفة ، ناهيك عن مشكلة التحول.
لذا لماذا لا نصنع مادة الجدار الأول بحيث تسمح بمرور النيوترونات وتتمتع بقدرة عالية على الالتئام الذاتي ؟ ثم يمكننا استخدام الليثيوم-3 السائل لاستعادة النيوترونات خلف مادة الجدار الأول. أما الجانب خلف الليثيوم السائل ، فيمكننا وضع طبقة من معدن البرايليوم لعكس النيوترونات غير المتفاعلة التي تخترق طبقة الليثيوم السائل.
وكان تصميمه يعادل وضع الليثيوم السائل بين الجدار الأول والبيرايليوم.
خفض شينغ شيانفو رأسه وتأمل الأمر قليلاً. ظن أن هذه الطريقة تبدو ممكنة ، لكنه شعر أيضاً بوجود بعض المشاكل.
فكر لفترة من الوقت وتوصل إلى مشكلتين من أكثر المشاكل وضوحا.
لكن أين نجد مادة تسمح بمرور النيوترونات وتتمتع بقدرة عالية على الإصلاح الذاتي ؟ حتى بعد استخدام الليثيوم كمادة الجدار الأولى ، ما زلنا غير قادرين على حل مشكلة الضرر الإشعاعي. وكما ذكرتَ للتو ، بعد استعادة التريتيوم ، كيف نعيده إلى المفاعل ؟
عندما سمع لو شو هذين السؤالين ، ابتسم وقال "المشكلة الثانية سهلة الحل. تحت درجة حرارة الليثيوم السائل ، يكون كلٌّ من التريتيوم والهيليوم في حالتهما الغازية. وهما غير متوافقين مع بعضهما البعض.
"كل ما يتعين علينا فعله هو تطبيق قوة تصاعدية ضعيفة على النيوترونات داخل الليثيوم السائل ونقل النيوترونات إلى أعلى المفاعل.
"ثم كل ما نحتاجه هو إعادة تدوير الغاز الذي يخرج من المفاعل. "
بعد ذلك يُحقن التريتيوم المُولَّد وغاز الهيليوم المُنبعث في حجرة التفاعل للتأين. أما إزالة الهيليوم من المفاعل ، فكانت من مهام المُحوِّل.
أما بالنسبة لاختيار مُحوّل مُبرّد بالماء ، أو مُحوّل من التنغستن والنحاس ، أو أي مُحوّل آخر ، فيعتمد ذلك على احتياجاتهم الخاصة. ورغم أهمية هذا الجزء إلا أنه لم يكن أمراً لا يستطيعون حلّها.
توقف لو شوه للحظة ثم قال "بالنسبة لسؤالك الأول ، هذا المعدن غير موجود في السبائك. إذن ، ما رأيك في التخلص من طبقة المعدن بأكملها ؟ "
كان الجميع في المختبر ، بما في ذلك لي تشانغشيا وشينج شيانفو ، متجمدين.
"ألا نستخدم معدناً ؟ " نظر البروفيسور لي تشانغشيا إلى لو شوه بدهشة. وقال "إذن ، ماذا سنستخدم ؟ "
على الرغم من أن معاهد بحثية أخرى حاولت استخدام السيراميك وأنتجت نتائج جيدة إلا أن العامل القاتل كان ضعف التوصيل الحراري للسيراميك.
إذا لم يتمكنوا من إزالة الحرارة من المفاعل ، فإنهم سينتهي بهم الأمر إلى مشاكل أخرى.
"سنستخدم الكربون. " توقف لو شوه للحظة ثم قال بثقة "أو بالأحرى ، مركبات ألياف الكربون! "
لم تخطر هذه الفكرة الإبداعية على بال لو شو فجأة. فقد راودته هذه الفكرة لفترة طويلة حتى عندما كان ما زال يعمل مع البروفيسور كيريبر في معهد ويندلستاين 7-ش للأبحاث.
كان نواة الكربون مستقرة نسبياً ، ولم تتفاعل بسهولة مع النيوترونات. و كما أنها كانت بمثابة حاجز لشعاع النيوترونات ، فعندما تلامس شعاع النيوترونات الهيليوم السائل كان بإمكانها منع تحللها الفوري.
تُطلق الطاقة المُخفَّضة بواسطة طبقة ألياف الكربون على شكل طاقة حرارية. وبفضل خصائصها الموصلة حرارياً ، يُمكن تحويل الطاقة الحرارية المُولَّدة داخل المفاعل بسهولة.
كما أنها تتمتع بخصائص مقاومة للحرارة جيدة.
عند عدم تعرضها للهواء والمؤكسدات ، تستطيع ألياف الكربون تحمل درجات حرارة تزيد عن 3,000 درجة. وهذا يُضاهي درجة انصهار التنغستن الذي استوفى متطلبات أول مادة جدار!
نظر لو شوه إلى العاملين في المختبر وقال "أزيلوا الطبقة المعدنية الأولى من الجدار تماماً. حيث استخدموا ألياف الكربون كمادة هيكلية رئيسية. ثم املؤوا الطبقة الوسطى بالهيليوم السائل ، واستخدموا البرايليوم على الطبقة الخارجية لعكس النيوترونات. حيث يجب أن تكون طبقة الحماية مزيجاً من الباخارجين وكربيد الكربون المائي ، مغطاة بإسمنت نووي. و إذا نجح كل هذا ، فسنحل مشكلة احتباس التريتيوم! "
أما فيما يتعلق باختيار مواد ألياف الكربون المركبة والمكون القادر على الإصلاح الذاتي ، فإن مشروع البحث هذا سيتم تنفيذه من قبل قسم أبحاث المواد في معهد جينلينغ للدراسات المتقدمة.
على الرغم من أن المشكلة كانت خطيرة إلا أن لو شوه كان لديه شعور بأنه سيكون قادراً على حلها!
لم يستطع البروفيسور لي تشانغشيا إلا أن يقول "هذا كثير جداً... "
ما أراد قوله هو أن هذا أمر مبالغ فيه للغاية.
ومع ذلك قبل أن يتمكن من الانتهاء ، قاطعه شينغ شيانفو.
"لا ، ربما... هذا قد ينجح! "
فرك شينغ شيانفو ذقنه بإصبعه بينما بدأت عيناه تضيء.
لقد اطلعتُ على الأدميات ذات الصلة باستبدال هياكل التنغستن والفولاذ بألياف الكربون. المجتمع الأكاديمي الدولي متفائل بشأن هذا المسار التقني تماماً كما هو الحال مع النانوسيراميك!
ومع ذلك فإن استخدام مركبات ألياف الكربون لاستبدال المعدن بالكامل كجسد رئيسي للمفاعل ، والسماح لشعاع النيوترون بالتفاعل مع الليثيوم السائل خارج الجدار الأول قبل استعادة التريتيوم في الليثيوم السائل... هذه هي المرة الأولى التي أسمع فيها عن شيء كهذا.
كانت الصعوبة في هذا الأمر كبيرة. واجهوا مشاكل في مركبات ألياف الكربون ، منها على سبيل المثال مشكلة درجة الحرارة. حيث كانت درجة حرارة تشغيل مادة ألياف الكربون المركبة حوالي 3,000 درجة ، بينما كانت درجة غليان معدن الليثيوم 1340 درجة فقط.
إذا لم يتمكنوا من نقل الحرارة في الوقت المناسب ، فقد يتعرض الليثيوم السائل لخطر التبخر ، مما قد يؤدي إلى اختلاطه بتفاعل التريتيوم. وهذا قد يؤدي إلى انفجار المفاعل بأكمله...
وكانت هناك أيضاً مشكلة تغيير الحجم حيث يتجمد سائل الليثيوم بعد إيقاف تشغيل الماكينة...
ومع ذلك تماماً كما قال لو شوه ، قد تكون هذه الفكرة قابلة للتنفيذ.
لقد كان الأمر يستحق المحاولة على الأقل!
