Füzyon reaktoru əslində günəşdə baş verən eyni prosesləri ehtiva edən maqnit şüşəsidir. Deuterium və tritium yanacaqları birləşərək helium ionları, neytronlar və istilik buxarını əmələ gətirir. Plazma adlanan bu isti, ionlaşmış qaz yandıqca, istilik elektrik enerjisi yaradan turbinləri çevirmək üçün buxar yaratmaq üçün suya ötürülür. Həddindən artıq qızdırılan plazma reaktorun divarı və yönləndirici üçün daimi təhlükə yaradır (bu, plazmanı yandırmaq üçün kifayət qədər isti saxlamaq üçün işləyən reaktordan tullantıları çıxarır).

Enerji Departamentinin Oak Ridge Milli Laboratoriyasından material alimi Çad Parish deyib: “Biz deqradasiya mexanizmlərini daha yaxşı başa düşmək məqsədi ilə plazma ilə üzbəüz materialların əsas davranışını müəyyən etməyə çalışırıq ki, möhkəm, yeni materiallar hazırlaya bilək”. Jurnalda bir araşdırmanın baş müəllifidirElmi Hesabatlarreaktorla əlaqəli şəraitdə volframın deqradasiyasını tədqiq etdi.

Volfram bütün metallar arasında ən yüksək ərimə nöqtəsinə malik olduğundan, o, plazma ilə üzbəüz materiallar üçün namizəddir. Bununla belə, kövrəkliyinə görə kommersiya elektrik stansiyası daha çox volfram ərintisi və ya kompozitdən hazırlanacaqdır. Asılı olmayaraq, enerjili atom bombardmanının volfram mikroskopik şəkildə necə təsir etdiyini öyrənmək mühəndislərə nüvə materiallarını təkmilləşdirməyə kömək edir.

Parish, "Fusion elektrik stansiyasının içərisində mühəndislərdən indiyə qədər materialların dizaynı tələb olunduğu ən qəddar mühit var" dedi. "Bu, reaktiv mühərrikin daxili hissəsindən daha pisdir."

Tədqiqatçılar plazma və maşın komponentlərinin qarşılıqlı təsirini öyrənirlər ki, bu cür sərt iş şəraiti üçün uyğun olmayan materiallar hazırlanır. Materialların etibarlılığı elektrik stansiyalarının tikintisi və istismar xərclərinə əhəmiyyətli təsir göstərən cari və yeni nüvə texnologiyaları ilə bağlı əsas məsələdir. Beləliklə, uzun ömür boyu davamlılıq üçün materialların mühəndisliyi çox vacibdir.

Cari araşdırma üçün San Dieqodakı Kaliforniya Universitetinin tədqiqatçıları normal şəraitdə füzyon reaktorunu təqlid edərək aşağı enerji ilə volframı helium plazması ilə bombaladılar. Bu arada, ORNL-dəki tədqiqatçılar, anormal dərəcədə böyük miqdarda enerji yığa bilən plazma pozulması kimi nadir şərtləri təqlid edən yüksək enerjili helium ionları ilə volframa hücum etmək üçün Multicharged Ion Research Facility-dən istifadə etdilər.

Alimlər ötürücü elektron mikroskopiyadan, skan edən elektron mikroskopiyadan, skan edən elektron mikroskopiyadan və elektron nanokristaloqrafiyadan istifadə edərək, volfram kristalında qabarcıqların təkamülünü və aşağı və yüksək enerji şəraitində “tendrils” adlanan strukturların formasını və böyüməsini xarakterizə ediblər. Onlar nümunələri müxtəlif şərtlərdə böyümə mexanizmlərini təxmin etmək üçün qabaqcıl elektron kristalloqrafiya texnikası olan presessiya elektron difraksiyası üçün AppFive adlı firmaya göndərdilər.

Bir neçə ildir ki, elm adamları bilirdilər ki, volfram bir metrin milyardda bir hissəsi və ya nanometrlər miqyasında kristal çubuqlar əmələ gətirərək plazmaya cavab verir - kiçik bir qazon. Hazırkı araşdırma aşkar etdi ki, aşağı enerjili bombardman nəticəsində yaranan çubuqlar yüksək enerjili hücum nəticəsində yarananlara nisbətən daha yavaş böyüyür, daha incə və hamardır - daha sıx bir xalça əmələ gətirir.

Metallarda atomlar aralarında müəyyən boşluqlar olan nizamlı bir quruluş təşkil edir. Əgər atom yerindən çıxsa, boş yer və ya “vakansiya” qalır. Əgər radiasiya bilyard topu kimi atomu yerindən qoparıb boşluq qoyursa, o atom harasa getməlidir. Kristaldakı digər atomlar arasında sıxışaraq interstisial olur.

Normal füzyon-reaktor işi divertoru çox aşağı enerjili helium atomlarının yüksək axınına məruz qoyur. "Helium ionu bilyard topunun toqquşması üçün kifayət qədər güclü zərbə vurmur, buna görə də baloncuklar və ya digər qüsurlar əmələ gətirməyə başlamaq üçün qəfəsə girməlidir" dedi Parish.

UT-ORNL Qubernatorunun sədri Brian Wirth kimi nəzəriyyəçilər sistemi modelləşdirdilər və baloncuklar əmələ gələndə qəfəsdən çıxarılan materialın budaqların tikinti bloklarına çevrildiyinə inandılar. Parish dedi ki, helium atomları qəfəsin ətrafında təsadüfi şəkildə dolaşır. Onlar digər heliumlarla toqquşur və qüvvələri birləşdirir. Nəhayət, çoxluq volfram atomunu yerindən çıxarmaq üçün kifayət qədər böyükdür.

“Hər dəfə qabarcıq böyüdükdə bir neçə volfram atomunu öz yerlərindən kənara itələyir və onlar harasa getməli olurlar. Onlar səthə çəkiləcəklər” dedi Parish. "Biz inanırıq ki, bu nanofuzzun meydana gəlməsi mexanizmidir."

Hesablama alimləri materialları atom səviyyəsində və ya nanometr ölçüsü və nanosaniyəlik zaman miqyasında öyrənmək üçün superkompüterlərdə simulyasiyalar aparırlar. Mühəndislər santimetr uzunluq və saat miqyasında plazmaya uzun müddət məruz qaldıqdan sonra materialların necə kövrəkləşdiyini, çatladığını və başqa cür davrandığını araşdırırlar. "Ancaq aralarında az elm var idi" dedi Parish, onun təcrübəsi maddi deqradasiyanın ilk əlamətlərini və nanotendril böyüməsinin ilkin mərhələlərini öyrənmək üçün bu bilik boşluğunu doldurdu.

Beləliklə, tüylülük yaxşıdır, yoxsa pis? "Fuzz həm zərərli, həm də faydalı xüsusiyyətlərə malik ola bilər, lakin biz bu barədə daha çox məlumat alana qədər, yaxşıları vurğulayaraq, pisləri aradan qaldırmağa çalışmaq üçün material hazırlaya bilmərik" dedi Parish. Müsbət tərəfi odur ki, qeyri-səlis volfram kütləvi volframı parçalayan istilik yüklərini götürə bilər və eroziya qeyri-səlis volframdan 10 dəfə azdır. Mənfi tərəfdə nanotendrillər qoparaq plazmanı soyuda bilən toz əmələ gətirə bilər. Alimlərin növbəti məqsədi materialın necə təkamül etdiyini və nanotendrilləri səthdən qırmağın nə qədər asan olduğunu öyrənməkdir.

ORNL tərəfdaşları volfram davranışını işıqlandıran son skan edən elektron mikroskopiya təcrübələrini dərc etdilər. Bir araşdırma tendril böyüməsinin heç bir üstünlük verilən istiqamətə getmədiyini göstərdi. Başqa bir araşdırma göstərdi ki, plazma ilə üzbəüz olan volframın helium atom axınına reaksiyası yalnız nanofuzzdan (aşağı axınında) nanofuzz ​​və qabarcıqlara (yüksək axında) təkamül etdi.

Hazırkı məqalənin adı “Helium təsiri altında yetişən volfram nanotendrillərinin morfologiyaları”dır.