第1668章 从毫秒到小时

类似的情景,却并不只出现在航天六院。

在当天的稍早些时候,蓉城。

核工业西南物理研究院。

研究院副主任周新同的办公室门被轻轻带上,隔绝了走廊里的脚步声和说话声。

他目光扫过桌面上的一个黑色密码箱,又抬眼看了看被临时召集来的三位托卡马克试验组组长。

三人脸上或多或少都带着些被临时打断工作的困惑。

“占用大家点时间,”周新同没有多余的客套,手指点了点密码箱,“刚收到上级转来的技术资料,栾主任亲自过问的,说是跟托卡马克的运行参数有关……时间紧张,咱们各自看一部分。”

他特意强调了“栾文杰主任”和“亲自过问”。

一组组长丁宣闻言眉头微挑,目光在密码箱和自己的电脑上转了个来回:“这种数据……未免有点没头没尾了吧?再者说咱们的硬件也……”

HL2A是本世纪初在一座德国托卡马克基础上建设而来的。

虽然经过多次改进和延寿,但底子实在太老,很多性能都已经跟不上最前沿的要求了。

一旁的三组组长邝忠昕,也微微点了点头,没说话,但眼神里流露出的意思很明确:

与其看这些没头没尾的数据,不如多跑几次实验积累点实在的经验数据。

周新同理解他们的反应,只是一边打开密码箱一边说道:“具体内容我也不清楚,到底是仙丹还是安慰剂,等看过之后再说。”

随着“咔哒”一声轻响,箱盖弹开,露出里面静静躺着的几片光盘。

周新同将其中三张分别递给三人,并示意他们用自己的加密笔记本电脑读取,随后自己也取出来了一张。

丁宣动作最快,熟练地将光盘插入电脑,然后快速点开文件夹。

里面并非预想中的实验报告或PPT,而是一系列结构严谨、后缀为“.math”的数学文件。

他有些惊讶地愣了一下,接着滚动鼠标滚轮。

起初只是快速地浏览,眉头习惯性地微蹙着,像是在挑剔地审视一份普通的学术报告。

然而,仅仅几秒钟后,他滚轮的动作猛地停滞,身体如同被无形的力量牵引,瞬间前倾,几乎要贴到屏幕上。

他的眼睛骤然睁大,瞳孔里倒映着屏幕上飞速掠过的、由复杂偏微分方程和奇异拓扑符号构成的推导过程。

一声短促的、仿佛被扼住喉咙般的吸气声从他喉间挤出:

“……这?!”

周新同这会儿才刚把光盘插上,就听到了沙发上传来的惊叹声,下意识抬起头。

但还没等他开口提问,旁边试验二组的宋金航也像是被电流击中,猛地倒吸了一口凉气。

丁宣此时已经缓过神来,解释道:“我这部分内容是……电子温度演化和等离子体快速热猝灭时间尺度的分析和计算……”

周新同显然还没意识到问题的严重性,眼神中露出困惑:

“计算结果有什么值得大惊小怪的……你们组每个月不都能出来好几个么?”

丁宣却狠狠摇了摇头:“不,不是数值结果。”

说完抬起头,直视周新同:

“是个……算法,而且有相当的普适范围。”

其实他本来想说是个“通解”,但最后还是选择了相对保守的用词。

周新同终于有点坐不住了,看向宋金航。

“我的也是……”根本不用问,后者就紧跟着补充,“不是数据是……算法……或者说,一个……全新的理论框架?”

他用了“框架”这个词,因为其中许多深奥的数学基础,他也未能立刻完全理解。

周新同的目光在面前几人激动而困惑的脸上扫过,最后落回自己屏幕上那份关于高比压边界热负荷的计算文件。

他不再尝试细看推导,而是直接跳到核心结论部分——

一种基于流场整体拓扑演化计算边界峰值热流的方法。

连续几页的公式和结论性描述映入眼帘。

周新同的呼吸瞬间变得粗重起来,握着鼠标的手指下意识地收紧。

“这……”他盯着屏幕上那行【边界峰值热流密度与全局环向流涡旋度及磁岛分布存在强非线性耦合,具体关系如下……】的结论,声音低沉下去,几乎是自言自语地疑惑道:“上面……到底是从哪里搞来的这些东西?”

“我突然想起来……”就在这时,丁宣突然抬头,“之前我去京城参加那个聚变发展战略内部研讨会,会上栾主任参与讨论的时候,确实问了些非常具体的问题……”

宋金航几乎下意识追问:“都问了什么?”

丁宣努力回忆着当时的细节:“当时觉得就是领导关心技术进展,但现在想起来……栾主任特别问过我们,说是如果能解决磁流体力学和等离子体控制的问题,并提供可用的超导材料,那么距离托卡马克发电还有多远……”

办公室内瞬间陷入一片寂静,连呼吸声都清晰可闻。

这个问题乍一听确实没什么,但要是结合眼前这些数据。

那指向性可实在是太强了。

办公室内的气氛顿时躁动起来。

然而,这种躁动仅仅持续了数秒,就被周新同强行按了下去。

“等等!同志们,先别太激动!”他环视三位得力干将,语气严肃,“我们当然应该相信上级的判断……但更重要的还是尊重科学规律。”

他敲了敲自己的电脑屏幕,发出笃笃的轻响:

“这些理论……尤其是分析和计算过程,说实话,我在短时间内恐怕没办法完全看懂,不知道你们……”

另外三人没有回答,但是从目光和表情来看,答案应该是一样的。

“所以,我们该如何确定其中内容的正确性?”

这个问题如同一盆冷水,浇在了几人头上。

而一直没怎么说话的邝忠昕,此时终于开口了:“过程虽然艰涩复杂,但结论还是能看懂的……要么就用结果搞一次试运行看看?”

“这套东西……我看是奔着稳态运行的目标去的。”丁宣却有些无奈地揉了揉太阳穴:“但HL-2A装置……即便真的攻克了理论障碍,恐怕也不能满足长时间稳态运行的需求吧?”

“是啊,”宋金航也认同地点点头,补充道,“就比如我这部分,控制策略对热系统的调制精度、磁场控制的实时响应速度要求可能极高,我们现有的控制系统能否完美执行也是个……”

“等等!”

话音未落,一直紧锁眉头盯着自己电脑屏幕的周新同就突然开口打断,同时做了个噤声的手势。

办公室瞬间恢复无声。

只见周新同双手重新放回键盘上,飞快地调出了HL-2A装置的参数数据库以及关键运行日志。

时间一分一秒过去十几分钟仿佛被拉得无比漫长。

终于,周新同敲下了最后一个回车键,屏幕定格在一幅清晰的曲线图,和一个用加粗字体标出的计算结果上。

“应该……够了。”

他把屏幕旋转过来,指着上面那个醒目的计算结果,声音微微有些发颤:

“如果磁流体力学计算结果能够趋近完美,而只考虑设备本身的限制,那么在不突破现有硬件边界的前提下,HL2A可以将中心电子温度稳定在5500万摄氏度以上的等离子体……”

他的目光扫过三位屏息凝神的下属,掷地有声地吐出那个石破天惊的数字:

“……维持超过4000秒!”

“四千秒?!”

三人瞬间脸色大变几乎同时失声惊呼。

HL2A刚买回来的时候,等离子体的维持时间甚至要以毫秒来计算。

如今最新的结果,也不过是百秒左右的水平。

而4000秒,相当于1个小时还多。

周新同点点头:

“4000秒……当然也还算不上长时间稳态运行。”

“但已经足够作为标准来验证我们拿到的结果到底有多正确了!”

(本章完)

第1669章 沸腾的西南物理所

计划敲定,接下来要做的,自然就是执行。

实际HL2A才刚刚完成过上一次维护不久,虽然纸面性能指标受困于原始设计无法进一步提高,但整个设施的各个关键部分都正处在风险曲线的低点。

因此单用作一次测试的话,完全已经足够了。

更何况,聚变反应在完成L-H转换之前完全没有自发维持的能力,完成转换之后也需要极其严苛的条件才能维持,因此除非发生特别离谱的问题,否则装置以及周围环境的安全性总归是可以保证的。

这也使得搞聚变研究的人……

胆子都相对比较大。

半个月后。

“真空泵组全功率启动,目标真空度1.0e-7 Pa。”

周新同的声音在HL-2A托卡马克装置的主控室内响起,指令通过内部通讯系统清晰地传递到各个岗位。

随着两名操作人员分别点下“确定”按钮,巨大的低温泵和涡轮分子泵低沉的嗡鸣声骤然拔高了一个调门,开始贪婪地抽吸真空室内残存的气体分子。

控制室前方巨大的综合显示屏上,代表真空室压力的数据曲线如同一颗从半空中抛落的铅球,急速向下坠落。

“泄漏率0.042%,已经低于工作允许值0.1%。”

负责真空系统的工程师报告道。

但周新同却一把扶住他的肩膀:

“先别停,再让泵组工作一段时间。”

紧接着似乎是对工程师也似乎是在向自己解释:

“我们这次测试的项目本身就超越了设计手册的限制,所以不能以过去的参数作为标准。”

空气中的杂质气体可能会污染等离子体,增加能量损失,并影响整个系统的绝缘性。

因此目标持续时间越长,就需要越高的真空度。

当然,再完美的设备也不可能实现理论上的完美真空。

至于剩下的那些杂质,就要交给辉光电极和偏滤板来处理了。

又过了几分钟后,周新同的目光在真空度曲线和泄漏率数据上停留片刻,终于微微颔首:“保持监控,确保稳定。液氦注入系统启动,超导线圈预冷。”

“液氦注入开始!线圈温度开始下降……”低温系统负责人的声音紧随其后。

主控室内,所有目光都聚焦在超导线圈状态监测界面上。

那代表着电阻的数据,在触及某个临界点后,如同被一只无形的手猛地按向深渊,瞬间跌落到几乎无法测量的10^{-11}Ω量级,同时发出一阵轻微但清晰的高频蜂鸣。

这标志着巨大的环向场线圈和极向场线圈已成功进入零电阻的超导态。

“超导态稳定!环向场线圈励磁启动,目标强度2.8T。”周新同继续下达指令。

强大的电流开始注入超导线圈,磁场在真空室内迅速构建起一层无形的避障,成为囚禁未来火焰的牢笼。

“说实话,我觉得整个过程最危险的就是磁场强度这一块……”

站在主控室后面的丁宣看着不断上升的电流参数,颇有些担心地对旁边的宋金航说道。

特斯拉实际上是一个很大的单位,绝大多数人终其一生都不太可能见到一次强度为1T的磁场。

但对于“约束高温等离子体”这个目标而言,2.8T仍然是一个不太稳妥的数字。

在托卡马克装置运行的过程中,绝大部分杂质以及扰动都出现在等离子体边缘,因此需要将这部分的粒子和热量引导到一个专用靶板上。

而这个“边缘范围”如果过大那么在除杂过程中造成的能量损失就会越明显。

“我专门用那份资料里面提供的方法算了算。”宋金航回答道,“按照咱们这次的参数,要维持等离子体稳定存在的理论磁感应强度是2.63T,所以如果理论是正确的话,问题……应该不大。”

“我担心的是咱们的线圈还有传感器……”丁宣看着前面的大屏幕,此时HL2A已经进入了辉光放电清理程序,也就是用低压氩气的电离放电来轰击真空室内壁,与紧随其后的硼化程序共同作用,使壁面沉积一层薄膜,用以吸附和清理后续运行中可能产生的杂质。

此时此刻,一切数据都维持在远低于黄色区间的范围内。

“我知道。”直到光谱仪检测结果出炉,宋金航才继续了刚才的话题,“所以咱们不是特地降低了芯部温度么……这样哪怕Q值降低一点,至少稳定性能提上去。”

Q值,是指净能量增益。

只有Q>1的时候,聚变反应在能量核算上才是有收益的。

实际由于维持等离子体的存在需要高昂的代价,早期大部分聚变试验的Q都是小于1的。

当然就研究过程而言,这是必然要经历的代价。

就像被瓦特改进之前的蒸汽机,效率也只有可怜的1%左右。

丁宣张了张嘴,但这次并没有开口。

因为HL2A的启动流程,此时已经到了第一个关键阶段。

“准备注入燃料气体,氘气,目标初始压强3毫托。”

精密的压电阀开启,微量的高纯氘气被注入已臻于完美的真空环境。

真空计读数产生了一个微小的、被精确控制的波动。

“等离子体生成准备就绪。”工程师深吸一口气,汇报道。

“启动中心螺线管预电离程序,ECRH系统预热。”

“中心螺线管电流快速爬升…欧姆加热场建立!”

“ECRH系统启动,微波功率注入……”

“……”

真空室内,原本一片漆黑的核心区域,猛地爆发出一团刺目的、细丝状的亮白色电弧。

这光芒极其短暂,却宣告了物质的第四态——等离子体的诞生。

当然,没有任何光学设备能够直接观测到这一幕,但指挥室大屏幕上的数据,却毫无疑问地指向了相同的结果。

“频率110GHz,功率1.5MW,等离子体电流建立!”

随着邝忠昕的汇报声响起,主控室内响起几阵压抑的掌声。

跟另外两个试验组有所不同,试验三组的主要研究方向在于HL2A设施本身,因此会直接参与系统操作。

“维持电流爬升速率,目标等离子体电流1.0MA,中性束注入系统准备。”周新同发出指令的声音中也带上了些许颤抖。

中心螺线管的电流变化更加剧烈,感生的强大环向电流在等离子体中奔涌。

在无人能够直视的地方,等离子体环的强度迅速增强,颜色也转为明亮的橙黄色。

“等离子体电流达到0.8MA!中性束注入启动!能量80keV,功率5MW!”邝忠昕继续报告。

装置侧方的中性束注入器发出耀眼的白光和嘶嘶的粒子流声响,高能的氘氚原子束穿透磁场,贯入等离子体核心。

等离子体芯部的等效温度进一步向上,很快便突破了2000万℃。

“继续注入!ECRH功率提升至3MW!”周新同的声音陡然拔高了一丝,显然前半段无比顺畅的过程也加强了他的信心,“目标,触发H模!”

很快,就在加热总功率突破某个临界点的瞬间——

“边缘温度梯度突变!密度剖面改变!D_α辐射信号骤降!”邝忠昕几乎是喊了出来,“进入高约束模式了!”

当加热功率超过某个阈值时,等离子体边缘会发生“L-H转换”。

此时等离子体边缘会自发形成一道“运输势垒”,大大减少能量和粒子从核心向外的损失,显著提高约束性能和中心温度/密度。

也意味着在外部条件理想的情况下,等离子体终于可以维持自发存在。

主控室内一片寂静,只有设备运行的嗡鸣和急促的呼吸声。

屏幕上,代表能量约束时间的指标如同挣脱了束缚,猛地向上飙升,瞬间达到了常规L模的数倍!

等离子体边缘那道无形的“运输势垒”已然形成,将狂暴的能量和粒子死死锁在核心区域。

“约束时间……超过1.5秒,还在上升!”

对于HL-2A这个级别的装置来说,等离子体不稳定的问题往往出现在最初3秒内以及运行的最末端。

中间的工作过程反而相对平稳。

因此,短暂的兴奋在几位组长脸上掠过。

但邝忠昕的声音立刻将所有人拉回现实:

“H模维持不稳定,注意边缘局域模活动!磁探针监测到异常扰动波形,幅度在增大!”

为了追求运行时间而过于极限的设定还是造成了影响。

按照过去的经验,一旦等离子体边缘开始波动,尤其是在高约束模式的早期,就会很快进入正反馈失控,最终导致热猝灭。

但这一次,他们却从那份资料中提前找到了应对的“法宝”。

“启动共振磁扰动线圈,按照7号方案施加扰动磁场!”

喊出指令的同时,周新同瞄了一眼身后不远处的丁宣——

这项控制方案,正是由后者发掘,并最终组织成为具体操作程序的。

在RMP线圈的精准干预下屏幕上的磁扰动波形幅度开始减小,并逐渐稳定在一个低水平状态,就像被一只无形之手所抚平。

整个过程与那份神秘资料中预测的响应曲线高度吻合。

周新同的目光在成功抑制ELM的屏幕数据和旁边一个不起眼的角落——那里显示着执行方案来源的简短标记“CNS-Algo v2.0”——之间快速扫过。

“约束时间30秒,边缘局域模恢复自稳定!”邝忠昕明显如释重负,在说出这句话的同时,整个人向后靠在了椅背上。

所有人都知道这意味着托卡马克点火过程的顺利完成。

但周新同却提前制止了尚未到来的掌声:

“ELM初步抑制成功。但这才刚刚开始,维持住H模,注意各项参数平衡,尤其是偏滤器热负荷……”

“记住今天的目标,我们现在距离成功还很远,不要分心。”

(本章完)

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