可控核聚变填补最关键一环？中科院新突破，超强金属钨横空出世

　　2022年3月8日，印度《欧亚时报》刊载文章：中国中科院物质科学研究院经过提升制造工艺，目前已生产出属性最强的钨材料，并已经将使其应用于＂可控核聚变＂的实验中。
　　与此同时，《南华早报》更是详细披露：中科院物理研究所的吴学邦院士，带领团队研制出一种钨材料，可应用在＂人造太阳＂的内壁防护。目前，吴学邦院士的相关成果，已在国际顶级学术期刊上发表。
　　小编从期刊公开的数据上看，吴院士研究的钨材料，纯度极高，抗拉强度1.35千兆帕。这代表着：我国的钨材料要比目前世界上大多数钨合金属性都要强，对于我国＂可控核聚变＂反应堆的发展，可谓是至关重要！
　　可能，很多网友会有疑问，人造太阳——可控核聚变的发展与金属钨有什么关系，这两者可以说风马牛不相及。今天，小编就为大家讲一下，这两者之间密不可分的关系，也为大家解读一下，目前可控核聚变面临的难点在于哪里。
　　众所周知，可控核聚变的起源，来源于太阳。太阳的核聚变，可以直接从H原子（质子）开始，两个原子核互相碰撞，形成新的原子核。碰撞的路径被称为质子链，最终新的原子核就是氦。
　　我们都知道，原子核内质子带正电，碰撞、聚变、形成新原子核的过程中，要克服库仑力。融合的瞬间，这就要用到量子力学的隧道效应。（隧道效应：两个原子核发生碰撞，跨过二者之间的距离）
　　核物理学家表示：隧道效应的决定性因素，分别是温度、压力，二者呈反比关系。温度决定原子核发生隧道效应的概率，压力决定物质的密度（原子核的距离）。因此，物质密度较大，原子核距离较小，反应温度就会低一些。
　　问题是，人工核聚变之所以进展缓慢，就是因为实验条件没有办法模拟太阳的反应条件。太阳内部有3000亿个大气压，物质的密度高达100吨每立方米。但实验室无法做到这种压力。
　　因此，这就要求科学家必须要把温度提高才可以。太阳的温度是1500万 ；2021年EAST 实现1.2 亿 ，101s ；1.6亿 ，20s运行。仅从温度上看，大家是不是感觉，这么高应该足够了。但事实上，这一切差得很远！主要有两点：
　　1、温度太低。商业发电的基本前提，消耗小于产出，这就要求反应温度最低5亿
　　2、反应时间太短。太阳是持续不断地反应了几十亿年，我们连120s都没有坚持下来
　　并且，提高磁场强度、反应温度仅仅是第一步的话；那么反应堆的材料选择便是第二步关键问题。因为，温度越高，对热防护材料的要求也越高。因为，磁性约束核聚变装置——托卡马克，对聚变高温等离子体的束缚不是硬性束缚。
　　聚变高温等离子体，是一种不稳定流体，有时会突然爆发加速。因此，当光辐射、等离子体突破束缚，瞬间打在反应炉内壁上，会对内壁产生极大的破坏。因此，可控核聚变反应堆对内壁的性能要求非常高。
　　因此，科学家想到了钨材料。在反应炉等离子体的轰击下，我们常见的不锈钢在瞬间就会变成铁水，甚至被气化掉。因此，在地球上的所有材料中，只有钨耐高温性最好，熔点为3410 。
　　因此，钨合金被认为是唯一适合应用在反应堆内壁的材料。但，钨也有一个非常大的弱点，就是太脆了、延展性差。这就极大限制了它的应用。因此，吴院士院队研究的关键就在于如何提升钨材料的力学性能。
　　研究人员首先发现：氧化物弥散强化（ODS）是提升金属韧性的好办法。但，ODS-钨的氧化物尺寸较大，无法达到要求。于是，科学家借鉴了ODS-Fe，固溶-沉淀的方法，通过压力辅助低温致密化烧结工艺，成功制备了双纳米结构钨材料
　　经过制备后，钨的尺寸为67 nm，氧化物的平均粒径为8.5 nm。随后，研究人员把氧化物加热到2000 ，再次锻打使钨的结晶体再次变小，呈现片状堆积分布，又一次增加了钨的延展性、韧性。
　　经过了一系列的工艺流程，钨材料才算生产结束。吴院士表示：这种材料作为反应堆的内壁防护层。可以极大的提升反应堆的寿命，把原来仅有几个月的寿命，延长到十几年，甚至几十年。
　　目前，全超导托卡马克核聚变实验装置（EAST），不能持续开机的主要原因，是因为聚变过程中，会释放大量不受磁性束缚的聚变高温等离子体。这些高能的等离子体会不停地撞击EAST反应炉内部，而目前的内壁材料无法经受这种撞击。
　　这才是可控核聚变不能商业化的根本核心原因。随着钨材料的研发成功，防护材料问题迎刃而解。中科院李建刚院士曾提出的＂ 三个1 ＂：1兆安等离子体电流、1000s 的维持时间、1亿 的高温，将逐渐实现；最终达到2050年，可控核聚变并网发电。
　　我们都知道，可控核聚变作为人类进入一级文明的门槛，可谓难度极大。我们曾经无数次听说，还有50年就可以实现这类展望。但每一次都让我们失望了，因为这里面的突破难度实在太大了。但，这一次，或许真的不远了！期待科学家们的成功！大家有什么想法，欢迎在评论区讨论。