• 有人很小白,认为核能只有“烧开水”的利用方式吗?我想说,六代机看到了

  • 发布日期:2025-03-08 18:14    点击次数:96

    有人很小白,认为核能只有“烧开水”的利用方式吗?我想说,六代机看到了吧?六代机用的发动机,有说脉冲爆震的,有说变循环的,但是无论哪一种,都和核能有脱不开的关系。航空发动机的涡轮叶片,常年工作在2000K左右的超级高温中,这个温度已经超过了所有能用来做涡轮叶片的材料的熔点,像什么镍基高温合金,钴基高温合金,到了这个温度全都变成水水。要想保证涡轮叶片不熔化,那就只有一个办法:在叶片内部挖出孔道,然后引入冷风,给涡轮叶片降温。

    这些孔道极其复杂,不可能先制造出叶片,再在上面挖孔,只能在铸造的时候,先把这些孔道的形状用耐高温陶瓷做出来,然后再把液态合金浇筑在陶瓷上,等到液态合金凝固,再去掉内部的陶瓷,孔洞就出现了。用来制作这些孔道的陶瓷,就被称为型芯。当然,目前的最新技术是激光3D打印,直接把极其复杂的涡轮叶片打印出来,只不过这种技术还不成熟,因此停留在实验室阶段。

    陶瓷做成的型芯,想要完全去掉,是非常难的,总会有一些残留在叶片孔道内部,称之为“型芯残留”。这些型芯残留如果不能完全去除,会给涡轮叶片带来很大的麻烦。型芯残留会造成叶片内部孔道通风不畅,影响叶片散热,热量会在型芯残留的位置大量堆积,导致叶片温度升高,最终造成叶毁片亡的悲惨结果。

    为了去除这些残留的型芯,工程师搞出了一大堆方法,比如最传统的,用光纤内窥镜伸入孔道,然后人工目视观察有无型芯残留,这种方法的缺陷一目了然,有些孔道光纤内窥镜也很难进入,人工目视观察既增加了人员的劳动强度,又引入了人的失误导致检测失真。还有水流检测法,让水从孔道一端流入,观察流出端水流形状,如果出现水流异常,则判定为有型芯残留。这种做法简单易用,但是缺陷也很大,那就是:你只能知道孔道内部的确有型芯残留,但是不知道残留的具体位置。

    于是,基于核能的检测方法闪亮登场:中子成像法。具体做法就是,用中子流扫描叶片,中子的穿透能力很强,能够照射到每一处复杂孔道。我们在做型芯的陶瓷中提前掺杂稀土氧化物——氧化钆,钆对中子的吸收能力,是镍的2000倍,如果孔道内部有陶瓷型芯残留,中子就会被强烈吸收,在图像上形成明显的对比,也就能由此确定孔道内部是否有型芯残留,型芯残留的具体位置。

    那我们去哪里搞到这个中子流?一般工业上使用的中子流,来自专门的同位素源或者中子管,但是这些设备放出的中子流,数量少,分辨能力不高,那什么地方的中子流,数量又多,分辨能力又高?当然是核反应堆啦,那个地方的中子又多又密,射得铀235不要不要的,一个劲儿地裂开。核反应堆能提供的中子数量,比普通中子源高3-4个数量级,分辨能力自然超强。与中子成像法类似的还有X射线示踪剂成像法,也是在陶瓷中添加对X射线敏感的物质,X射线打在叶片上,就能够清晰显示哪里有型芯残留,而X射线,也是来自于核能的。

    所以,核能可以帮助航空发动机涡轮叶片完美地完成型芯残留检测,我国航空发动机领域的进步,离不开核能领域的进步,进一步说明,工业其实是一个密不可分的整体,任何一个行业的进步,都可以促进其他行业的发展。懂了吗?