第854章 1941年可用的核能技术,马六甲行动
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办公室里很安静。
姜文瑾端坐着,静静等候着方文的后续。
困扰核研究团队许久的能源难题,是卡在武器级铀提纯又一门坎,只要能源问题得以突破,其他环节才能展开。
方文站在窗前,望向远处灯火通明的物理实验楼,脑海中无数后世成熟的核电技术资料浮现。
他在心中逐一比对,寻找适配早期核工业体系的反应堆技术。
有三种常规方案。
第一种,轻水堆。
这是后世最普及的核电技术,结构紧凑、功率密度高、发电效率优异,广泛用于民用核电站与舰船动力。
但它有一个目前完全无解的硬性门槛:燃料要求。
轻水的中子吸收截面高,会损耗大量中子,无法维持天然铀的链式反应。它的燃料必须是人工浓缩的低浓铀,要求铀-235丰度达到3%到5%。”
可泰山的问题在于,现在没有任何大规模同位素浓缩能力。
目前泰山手里只有黄饼提纯后的高化学纯度天然铀,铀-235丰度依旧是天然的0.72%。
为了建一个反应堆,先耗费海量资源去浓缩低浓铀,本末倒置,完全不符合现阶段的攻坚目标。
方文心中否定。
这条路,走不通。
第二种,重水堆。
重水的中子损耗极低,优势很明显,它可以直接燃烧天然铀,无需提前浓缩,适配我们现有的黄饼提纯现状。
但是,它有一个致命死穴,导致其并不适合泰山。
那就是重水。
重水的制备难度很高,需要大规模电解、精馏、同位素分离多级串联,其设备要求高,能耗恐怖、工艺极其苛刻。
以泰山当下的工业水平,别说量产重水,就连实验室级别的高纯度重水,都难以稳定制备。
重水堆看似燃料自由,实则被核心冷却慢化材料卡死,现阶段的泰山,根本没有资格碰这条技术路线。
方文又将这条路线否定了。
还有第三种,天然铀石墨气冷堆。
(石墨气冷堆图片)
这种技术,英国人在1951年研究过。
姜文瑾团队在最初的时候,也往这方面研究。
还有,方文上次铲除了日军在大同的石墨工厂,抢走了大量高纯度石墨。
冥冥中似乎有一条线在指引着方文,走向这条道路。
想到这里,方文转身,出声道:“有一种技术,非常适合现在的我们。它叫做天然铀石墨气冷堆。”
“天然铀石墨气冷堆?”姜文瑾不由站起身,“总经理,你对这种技术知道多少?”
“我知道的比较多,咱们慢慢谈。”
方文拿起粉笔,在黑板上书写。
“这种技术,原料消耗的是天然铀。我们都知道,天然铀中,就算纯度再高,99.3%也是铀-238,我们需要的武器级铀235只有0.7%。但这种技术不需要铀235参与反应,只需要将天然铀矿石的纯度提高,就能实现核能发电。”
停下笔,方文转身看向姜文瑾。
“简单来说,只要我们提纯出高纯度黄饼,就可以直接作为燃料,经由这种技术来实现发电。”
姜文瑾激动不已:“总经理,你别卖关子了,快告诉我吧。”
方文见他急切,嘴角微微一扬,握着粉笔在黑板上快速落笔,一条条清晰的技术框架线条迅速铺开。
“我们这条路线,用的就是纯化学提纯的天然铀。”
方文指着黑板上的简易堆芯结构图,沉声道:
“我们现在的产能,黄饼精炼之后,能做出90%以上化学纯度的铀棒,这点你之前的报表已经证实了。它的同位素比例没变,依旧是0.72%的U-235搭配99.28%的U-238,但这就够了。”
姜文瑾目光死死盯着黑板,脑子飞速转动分析着。
“它的核心结构分三样。”
方文伸出三根手指。
“第一,慢化剂,高纯石墨。”
“石墨的中子吸收截面极低,几乎不浪费中子。链式反应产生的快中子,穿过石墨层层减速,变成热中子,足以持续轰击天然铀里稀少的U-235,稳稳维系链式反应,不会断链、不会熄火。”
“第二,冷却剂,常压空气或者二氧化碳。”
“全程常压运行,无需高压罐体,无需特种耐压钢材。我们基地现有的普通碳钢、铸铁设备,就能搭建整套送风、换热、循环管路,完全没有工业门槛。”
“堆芯反应产生的热量,由流动空气直接带出,通过热交换器烧水产生蒸汽,推动汽轮机、发电机发电。原理和普通火电别无二致,唯一的区别,就是用核裂变热量替代了煤炭燃烧。”
姜文瑾瞬间听懂了核心优势,忍不住出声:“这就意味着,我们不用攻克任何超前材料,不用研发特殊设备,全是我们现有工业体系能落地的东西!”
“没错。”
方文点头,继续说明。
“第三,控制体系,人工可控、安全容错率高。”
“我们用硼钢控制棒调节反应功率,插深一点,中子通量降低,功率下降;拔出来一点,反应加剧,功率提升。没有复杂的控制系统也没关系,全靠人工监测、手动调控,以我们科研人员的严谨度,完全可以稳定运行。”
“我们造不出低浓铀,也没有资源进行气体扩散法大规模制备。但石墨气冷堆,却可以吃我们造得出来的东西产生电能。”
姜文瑾点头,嘴里喃喃自语:“黄饼精炼成高纯天然铀棒,填入石墨堆芯,进行核裂变发热,然后热能发电。其中需要一个启动中子源,用钋粉就可以,钋要用我们提炼黄饼的矿渣来收集.”
他浑身发热,积压数月的桎梏彻底破碎,眼神里满是极致的振奋。
困扰整个核项目团队最大的难题,就是绕不开的能量守恒定理,想要获得恐怖威力的物质,就需要消耗恐怖的电量。
之前所有测算都显示,哪怕倾尽缅北基地所有柴油发电机、火电设备,也不足以支撑气体扩散法的提纯方式。
而回旋加速器用的是电磁分离技术,也需要大量电能驱动。
没有电,再好的提纯原理、再先进的设备,都是摆设。
而现在,方文给出了一条完全适配泰山基地现状、贴合当下工业水平的完美出路。
“总经理,那它的发电功率……能否支撑回旋加速器运行?”姜文瑾压着激动,问出最关键的问题。
“完全足够。”
方文回忆着,给与肯定回答。
“初期我们搭建小型实验堆,热功率15兆瓦,稳定输出3兆瓦工业用电。足够支撑多台回旋加速器同时轮替工作,实现武器级铀的小批量提纯。”
“后续我们可以扩大堆芯规模、增设换热机组,电力产能还能持续攀升,完全适配后续的扩产需求。”
除此之外,方文还有关键补充,是他搜索未来记忆的另一发现。
“而且这套堆还有一个隐藏价值。”
“天然铀在堆芯内长期辐照,U-238会转化生成钚-239。也就是说,这座反应堆不仅能发电,还能副产武器级钚。”
“未来就算铀提纯路线遇到瓶颈,我们依旧能掌握钚弹技术,双线兜底,我们的核研发必定会成功。”
这句话彻底让姜文瑾心神震颤。
一芯两用,发电赋能提纯,辐照产出新核材料。
这哪里是解决了电力问题,这是直接给整个核武项目铺出了两条并行的必胜道路!
姜文瑾再也按捺不住心中的激动:“我立刻调整项目组研发方向,暂停所有无效预研工作,全员集中精力攻坚石墨气冷堆!”
有了方文敲定的技术路线,泰山核研究团队总算有了明确方向,如同拨云见日般,彻底摆脱了此前漫无目的的摸索。
姜文瑾回去之后,第一时间召开核项目组全员会议,当场叫停所有预研项目,将全部科研人员、研究资源全部倾斜至天然铀石墨气冷堆的攻坚工作中。
团队里的专家们日夜研讨分析着,依托方文给出的完整技术框架,结合自身积累,思路打开。
原本他们就深耕过石墨堆相关理论,只是此前缺乏完整技术闭环与明确方向,如今有了清晰原理、模板,研发进度一日千里。
短短三日,一套完整的小型实验石墨气冷堆建设方案便成型落地。
姜文瑾拿着厚厚的方案说明书,第一时间找到方文汇报请示。
办公室内,方文逐页阅读。
内容是基于他提出的框架进行设计的。
包括堆芯尺寸、石墨排布、冷却风道、控制机构与换热系统都做出了设计图,并配有各项参数。
“方案可行,但图纸上的数据我估计不一定对,要在实践中发现改正。”方文合上图纸,当即拍板。
姜文瑾悬着的心落地,随即请示:“总经理,实验堆的选址我们拟定了基地东北的无人山谷,那里已经被买下,可以安排部队把守,保密性应该不错。”
方文却另有想法,经过多次日本间谍事件,他认为缅北基地内应该还潜藏着日本人的探子,只不过不在重要岗位,才一直没有泄露机密。
但核研究实验放在缅北基地,就很难再保密了。
更何况,这种实验是有核辐射泄露风险的,可不能因为辐射问题影响整个基地。
是以,方文回道:“实验堆放在南印度洋秘密海岛基地。”
那座孤岛荒无人烟、远离大陆,本就是方文提前规划的专属核爆试验场地。
先期用来进行小型实验堆研究,即便试运行过程中出现辐射泄漏,也不会影响扩散。
“明白!”姜文瑾瞬间领会深意。
“资金方面我给你兜底。”方文继续道,“特批一千万美元专项预算,只要是核研发相关需要的物资、精密配件、进口仪器,全部优先审批、并由泰山集团配合采购。”
一千万美元,在当下的年代是一笔足以支撑国家级重大工程的巨款。
姜文瑾心神大震,郑重点头:“谢谢总经理!有这笔预算兜底,我们有更大把握,在半年内完成实验堆搭建与并网发电!”
自此,核项目组进入全速攻坚状态。
大批施工设备、科研器材、高纯石墨、硼钢控制部件,通过泰山的货轮源源不断运往南印度洋孤岛。
另一边,提存工厂也再加班加点提纯着高纯度黄饼,用来制造天然铀燃料棒。
与此同时,缅北基地研究院内,方文亲自下场攻坚另一项核心设备:回旋离子加速器。
从美国搞到的原始回旋加速器技术,只是初代版本,能耗高、分离精度有限、运行稳定性差。
方文依托脑海中后世更成熟、更精简的电磁分离设备模板,对整套设备进行优化改造。
他有机械感知异能,又有控电秘宝辅助,在改进设备方面极有天赋。
微调真空腔体结构,优化扇形磁场排布,升级离子电离装置,修正离子束飞行轨迹,改良末端靶体收集系统。
数日打磨、调校后,一台迭代升级的全新回旋离子加速器,正式组装完毕。
设备试运行测试当日,研究院实验楼全域封锁,工厂停电一小时避免影响测试效果。
随着电力系统全力供能,庞大的加速器设备轰然启动。
真空腔体快速抽离空气,内部磁场稳步建立。
工作人员将预处理的镭原料送入电离装置,金属原子瞬间被电离为带电离子束,在电场作用下高速加速,冲入强磁场区域。
方文催动异能,全方位渗透设备内部,以极致微观视角观测离子的飞行轨迹、偏转半径与分离状态。
他清晰看见。
质量较轻的同位素离子偏转半径更小,精准落入前置收集槽;
质量较重的离子轨迹更长,落入后置靶体,两类离子泾渭分明、完美分离,全程无混层、无偏移、无损耗。
富集后的高纯同位素材料,分离精度远超美国原版设备的实测数据。
“成功了。”
方文看着靶体内富集的高纯度原料,眼底掠过一抹喜色。
升级后的回旋加速器完全达标,具备了武器级铀同位素的分离富集能力。
如今万事俱备,只欠稳定电力。
只要海岛石墨反应堆顺利并网发电,这套加速器便能全天候不间断运行,武器级铀的量产将不再是难题。
当然,从设备成型、电力落地,到核燃料量产、弹体设计、整体装配、核爆测试,依旧还有一段漫长且严谨的攻坚路程,是急不来的。
当下日军在东南亚的战局与地缘局势,也是必须要顾及的。
次日清晨。
方文带着警卫龚修能,驾驶一架水上飞机飞往仰光。
他将从泰山民航的东南亚支线航线飞往马六甲,在那里先和英国人了解情况,再决定去往砂拉越的事情。(本章完)
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