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“没有现成配方,咱们就自己摸索!百亿经费在手,大不了用人海战术,把国内高校的课题组全发动起来一起烧!”有人不甘心地喊道。
一直沉默不语的西物院所长冯立波,此时终于缓缓抬起头,把手里燃尽的烟蒂按灭在烟灰缸里。
“就算咱们有钱去买最贵的原料,买最好的设备,烧出了成千上万种新材料配方。可是,烧出来之后呢?”
老所长环视了一圈众人,声音低沉而沙哑:
“上哪儿去测它能不能抗住聚变中子?”
一句话,像一盆冰水,把刚才那点热血浇得干干净净。
原本叫嚷着搞人海战术的专家张了张嘴,半个字也吐不出来。
搞核材料的谁心里不清楚?烧炉子容易,做辐照验证才是真正的死穴!
因为华国目前根本没有能够产生高通量14.1MeV氘氚聚变中子的专用测试源!东莞的散裂中子源束流强度太低,挠痒痒都嫌轻;眼下唯一能靠高通量硬堆辐照损伤数据的,只有借用裂变堆。
“夹江的高通量工程试验堆(HFETR),还有绵阳研究堆(CMRR),满打满算就这么几个宝贝疙瘩。”
冯立波叹了口气,手指轻轻敲着桌面,“那些反应堆平时连军工任务和医用同位素生产都排不过来,一年到头能挤给咱们聚变材料测试的辐照孔道和时间,少得可怜!就算咱们拉开架势,用穷举法烧出几万块试件,最后也只能堆在库房里吃灰,连进反应堆排队的号都拿不到!”
没人再接话了。会议桌上,几根夹在指间的香烟静静地燃着,青白色的烟柱笔直地往上爬,在昏暗的灯光下散开,呛得人胸口发闷。
……
冯立波老所长疲惫地揉了揉眉心,看着桌上那份科技部下达的百亿经费批文。几天前拿到这笔巨款时的激动早已荡然无存,取而代之的是重如千钧的压力。
没有核心配方指引,没有高通量中子源验证,经费再多也只能是无源之水。
就在会议陷入死局之际,冯立波突然想起之前郑海川和徐辰的联络:
“小郑,你前几天说,徐辰院士向你索要了我们在ITER以及国内其他裂变堆上做的所有第一壁材料辐照数据?”
“是的,冯所。我已经按流程审批后发给他了。”
冯立波浑浊的眼睛里闪过一丝希冀,虽然连他自己都觉得这个想法有些天方夜谭:“徐院士那边……有什么反馈吗?”
郑海川苦笑着摇了摇头:“没有。其实发过去的时候徐院士就说了,他只是刚对材料学产生点兴趣,探探路而已。而且……徐院士一直都是从数学的角度切入问题,咱们国内那点可怜又残缺的数据积累,连完整的对照组都凑不齐,就算是神仙来了,也算不出什么东西吧。”
听到这话,冯立波眼底最后那点微光也暗了下去。他没有再说话,只是缓缓靠回椅背,目光落在桌上那份红头批文鲜红的公章上,久久没有移开。
……
成都,核工业西南物理研究院。
在经历了最初的绝望与迷茫后,这群继承了老“585所”军工血脉的材料人们,终究还是没有坐以待毙。
他们决定用最笨,但也最符合材料学传统的办法——“人海战术”加“算力穷举”!
之前的内部会议已经明确,盲目搞人海战术最大的问题,是国内裂变堆的辐照测试机位严重不足。炉子烧出来的样品堆积如山,却根本排不上队去挨中子炸。
但天无绝人之路,老专家们很快商量出了一套折中的办法:先制备、再超算、最后测试!
第一步,是实打实的制备。发动全院所有的实验员和研究生,将美国人材料的可能的制备及方法的成千上万中组合,用真空电弧炉海量烧结出几克重的“纽扣锭”小样。随后立刻通过X射线衍射(XRD)和扫描电镜观察其微观结构,把那些未能形成单一固溶体、或者直接开裂析出脆性相的垃圾样品当场淘汰!
当筛选出真正能够稳定成相的合格样品后,进入第二步。将它们真实的晶格常数与微观组织结构导入超级计算机,做一轮“理论初筛”!
在现代材料学中,虽然现有的计算模型因为算力限制,算不出一种材料在14.1MeV中子轰击下到底能撑几个月,算不出寿命的绝对值。
但是,它可以算“相对值”!
通过国际通用的第一性原理计算软件VASP,以及分子动力学软件LAMMPS,去计算不同合金配方的“空位形成能”和“氦原子迁移势垒”。
简单来说,我虽然不知道A材料和B材料到底有多强,但我可以通过算力比对,得出“A材料的晶格结合得比B材料更紧,理论上A比B更耐造”的结论!
这种测算的算力消耗,要比完整模拟中子轰击全过程可行得多。
通过这轮初筛,他们可以先在国家超算上把成千上万种候选配方的基态能量跑一遍,筛掉99%的垃圾组合,只挑出理论上最优的那1%拿去实验室烧炉子,最后再优中选优,把最有希望的“尖子生”送进高通量工程试验堆!
正如副所长郑海川在动员大会上拍着桌子说的那样:“这叫沙里淘金!虽然慢,虽然苦,虽然算出来的东西依然有概率在实测中翻车,但这能帮我们绕开反应堆机位不足的死穴,是咱们目前唯一能加快进度的办法了!”
……
方案一定,全院上下立刻开启了三班倒的连轴转模式,整个材料所进入了高强度的战时攻坚状态。
接下来的一个多月里,材料所办公楼的灯光几乎彻夜不息。
茶水间里的咖啡机每天都在超负荷运转,楼道里随处可见端着保温杯、步履匆匆的研究员。不少年轻的博士生为了随时盯着超算队列的收敛情况,干脆在工位旁搭起了简易的折叠行军床。
机房和办公室里,键盘的敲击声昼夜不停。计算组的骨干们顶着浓重的黑眼圈,一遍遍地检查、修改着VASP软件的输入文件(INCAR),然后将一个个打包好的计算任务上传到国家超算中心的排队序列中;老专家们则围在长桌前,戴着老花镜,对着刚刚打印出来的能带结构图和态密度曲线反复推敲,试图从枯燥的图表里找出哪怕一丝一毫的规律。
然而,进展依然慢。
高熵合金包含五种以上的主元金属,原子的排列组合方式接近无穷大。更要命的是,高熵合金在材料学上有着著名的“鸡尾酒效应”,五种金属混在一起,并不是简单的性能叠加,哪怕其中某一种微量元素的比例只变动了0.5%,整个合金的电子云分布和晶格畸变势能面就会发生天翻地覆的非线性突变!
为了模拟出晶界处的畸变,每一个晶胞模型至少要包含上千个原子。
在传统的密度泛函理论下,计算量随着电子数量的增加呈三次方(O(N06))暴涨!
往往一个稍微复杂点的晶界滑移模拟扔进超算,动用几千个CPU核心日夜不停地跑,也得足足算上三四天才能收敛出结果。而且十有八九,最后算出来的还是个热力学不稳定的废相!
希望渺茫,枯燥至极。
但没有人敢停下来。因为每个人都清楚,这是在没有地图的黑夜里摸索,停下来,就意味着彻底向大洋彼岸认输。
……