計劃敲定,接下來要做的,自然就是執行。
實際HL2A才剛剛完成過上一次維護不久,雖然紙面性能指標受困于原始設計無法進一步提高,但整個設施的各個關鍵部分都正處在風險曲線的低點。
因此單用作一次測試的話,完全已經足夠了。
更何況,聚變反應在完成LH轉換之前完全沒有自發維持的能力,完成轉換之后也需要極其嚴苛的條件才能維持,因此除非發生特別離譜的問題,否則裝置以及周圍環境的安全性總歸是可以保證的。
這也使得搞聚變研究的人…
膽子都相對比較大。
半個月后。
“真空泵組全功率啟動,目標真空度1.0e7Pa。”
周新同的聲音在HL2A托卡馬克裝置的主控室內響起,指令通過內部通訊系統清晰地傳遞到各個崗位。
隨著兩名操作人員分別點下“確定”按鈕,巨大的低溫泵和渦輪分子泵低沉的嗡鳴聲驟然拔高了一個調門,開始貪婪地抽吸真空室內殘存的氣體分子。
控制室前方巨大的綜合顯示屏上,代表真空室壓力的數據曲線如同一顆從半空中拋落的鉛球,急速向下墜落。
“泄漏率0.042,已經低于工作允許值0.1。”
負責真空系統的工程師報告道。
但周新同卻一把扶住他的肩膀:
“先別停,再讓泵組工作一段時間。”
緊接著似乎是對工程師也似乎是在向自己解釋:
“我們這次測試的項目本身就超越了設計手冊的限制,所以不能以過去的參數作為標準。”
空氣中的雜質氣體可能會污染等離子體,增加能量損失,并影響整個系統的絕緣性。
因此目標持續時間越長,就需要越高的真空度。
當然,再完美的設備也不可能實現理論上的完美真空。
至于剩下的那些雜質,就要交給輝光電極和偏濾板來處理了。
又過了幾分鐘后,周新同的目光在真空度曲線和泄漏率數據上停留片刻,終于微微頷首:“保持監控,確保穩定。液氦注入系統啟動,超導線圈預冷。”
“液氦注入開始!線圈溫度開始下降…”低溫系統負責人的聲音緊隨其后。
主控室內,所有目光都聚焦在超導線圈狀態監測界面上。
那代表著電阻的數據,在觸及某個臨界點后,如同被一只無形的手猛地按向深淵,瞬間跌落到幾乎無法測量的10{11}Ω量級,同時發出一陣輕微但清晰的高頻蜂鳴。
這標志著巨大的環向場線圈和極向場線圈已成功進入零電阻的超導態。
“超導態穩定!環向場線圈勵磁啟動,目標強度2.8T。”周新同繼續下達指令。
強大的電流開始注入超導線圈,磁場在真空室內迅速構建起一層無形的避障,成為囚禁未來火焰的牢籠。
“說實話,我覺得整個過程最危險的就是磁場強度這一塊…”
站在主控室后面的丁宣看著不斷上升的電流參數,頗有些擔心地對旁邊的宋金航說道。
特斯拉實際上是一個很大的單位,絕大多數人終其一生都不太可能見到一次強度為1T的磁場。
但對于“約束高溫等離子體”這個目標而言,2.8T仍然是一個不太穩妥的數字。
在托卡馬克裝置運行的過程中,絕大部分雜質以及擾動都出現在等離子體邊緣,因此需要將這部分的粒子和熱量引導到一個專用靶板上。
而這個“邊緣范圍”如果過大那么在除雜過程中造成的能量損失就會越明顯。
“我專門用那份資料里面提供的方法算了算。”宋金航回答道,“按照咱們這次的參數,要維持等離子體穩定存在的理論磁感應強度是2.63T,所以如果理論是正確的話,問題…應該不大。”
“我擔心的是咱們的線圈還有傳感器…”丁宣看著前面的大屏幕,此時HL2A已經進入了輝光放電清理程序,也就是用低壓氬氣的電離放電來轟擊真空室內壁,與緊隨其后的硼化程序共同作用,使壁面沉積一層薄膜,用以吸附和清理后續運行中可能產生的雜質。
此時此刻,一切數據都維持在遠低于黃色區間的范圍內。
“我知道。”直到光譜儀檢測結果出爐,宋金航才繼續了剛才的話題,“所以咱們不是特地降低了芯部溫度么…這樣哪怕Q值降低一點,至少穩定性能提上去。”
Q值,是指凈能量增益。
只有Q1的時候,聚變反應在能量核算上才是有收益的。
實際由于維持等離子體的存在需要高昂的代價,早期大部分聚變試驗的Q都是小于1的。
當然就研究過程而言,這是必然要經歷的代價。
就像被瓦特改進之前的蒸汽機,效率也只有可憐的1左右。
丁宣張了張嘴,但這次并沒有開口。
因為HL2A的啟動流程,此時已經到了第一個關鍵階段。
“準備注入燃料氣體,氘氣,目標初始壓強3毫托。”
精密的壓電閥開啟,微量的高純氘氣被注入已臻于完美的真空環境。
真空計讀數產生了一個微小的、被精確控制的波動。
“等離子體生成準備就緒。”工程師深吸一口氣,匯報道。
“啟動中心螺線管預電離程序,ECRH系統預熱。”
“中心螺線管電流快速爬升…歐姆加熱場建立!”
“ECRH系統啟動,微波功率注入…”
真空室內,原本一片漆黑的核心區域,猛地爆發出一團刺目的、細絲狀的亮白色電弧。
這光芒極其短暫,卻宣告了物質的第四態——等離子體的誕生。
當然,沒有任何光學設備能夠直接觀測到這一幕,但指揮室大屏幕上的數據,卻毫無疑問地指向了相同的結果。
“頻率110GHz,功率1.5MW,等離子體電流建立!”
隨著鄺忠昕的匯報聲響起,主控室內響起幾陣壓抑的掌聲。
跟另外兩個試驗組有所不同,試驗三組的主要研究方向在于HL2A設施本身,因此會直接參與系統操作。
“維持電流爬升速率,目標等離子體電流1.0MA,中性束注入系統準備。”周新同發出指令的聲音中也帶上了些許顫抖。
中心螺線管的電流變化更加劇烈,感生的強大環向電流在等離子體中奔涌。
在無人能夠直視的地方,等離子體環的強度迅速增強,顏色也轉為明亮的橙黃色。
“等離子體電流達到0.8MA!中性束注入啟動!能量80keV,功率5MW!”鄺忠昕繼續報告。
裝置側方的中性束注入器發出耀眼的白光和嘶嘶的粒子流聲響,高能的氘氚原子束穿透磁場,貫入等離子體核心。
等離子體芯部的等效溫度進一步向上,很快便突破了2000萬℃。
“繼續注入!ECRH功率提升至3MW!”周新同的聲音陡然拔高了一絲,顯然前半段無比順暢的過程也加強了他的信心,“目標,觸發H模!”
很快,就在加熱總功率突破某個臨界點的瞬間——
“邊緣溫度梯度突變!密度剖面改變!D_α輻射信號驟降!”鄺忠昕幾乎是喊了出來,“進入高約束模式了!”
當加熱功率超過某個閾值時,等離子體邊緣會發生“LH轉換”。
此時等離子體邊緣會自發形成一道“運輸勢壘”,大大減少能量和粒子從核心向外的損失,顯著提高約束性能和中心溫度/密度。
也意味著在外部條件理想的情況下,等離子體終于可以維持自發存在。
主控室內一片寂靜,只有設備運行的嗡鳴和急促的呼吸聲。
屏幕上,代表能量約束時間的指標如同掙脫了束縛,猛地向上飆升,瞬間達到了常規L模的數倍!
等離子體邊緣那道無形的“運輸勢壘”已然形成,將狂暴的能量和粒子死死鎖在核心區域。
“約束時間…超過1.5秒,還在上升!”
對于HL2A這個級別的裝置來說,等離子體不穩定的問題往往出現在最初3秒內以及運行的最末端。
中間的工作過程反而相對平穩。
因此,短暫的興奮在幾位組長臉上掠過。
但鄺忠昕的聲音立刻將所有人拉回現實:
“H模維持不穩定,注意邊緣局域模活動!磁探針監測到異常擾動波形,幅度在增大!”
為了追求運行時間而過于極限的設定還是造成了影響。
按照過去的經驗,一旦等離子體邊緣開始波動,尤其是在高約束模式的早期,就會很快進入正反饋失控,最終導致熱猝滅。
但這一次,他們卻從那份資料中提前找到了應對的“法寶”。
“啟動共振磁擾動線圈,按照7號方案施加擾動磁場!”
喊出指令的同時,周新同瞄了一眼身后不遠處的丁宣——
這項控制方案,正是由后者發掘,并最終組織成為具體操作程序的。
在RMP線圈的精準干預下屏幕上的磁擾動波形幅度開始減小,并逐漸穩定在一個低水平狀態,就像被一只無形之手所撫平。
整個過程與那份神秘資料中預測的響應曲線高度吻合。
周新同的目光在成功抑制ELM的屏幕數據和旁邊一個不起眼的角落——那里顯示著執行方案來源的簡短標記“CNSAlgov2.0”——之間快速掃過。
“約束時間30秒,邊緣局域模恢復自穩定!”鄺忠昕明顯如釋重負,在說出這句話的同時,整個人向后靠在了椅背上。
所有人都知道這意味著托卡馬克點火過程的順利完成。
但周新同卻提前制止了尚未到來的掌聲:
“ELM初步抑制成功。但這才剛剛開始,維持住H模,注意各項參數平衡,尤其是偏濾器熱負荷…”
“記住今天的目標,我們現在距離成功還很遠,不要分心。”