Fuzia reaktoro estas esence magneta botelo enhavanta la samajn procezojn kiuj okazas en la suno. Deŭterio kaj tritiaj brulaĵoj kunfandiĝas por formi vaporon de heliumjonoj, neŭtronoj kaj varmo. Dum ĉi tiu varma, jonigita gaso - nomata plasmo - brulas, tiu varmo estas transdonita al akvo por fari vaporon por turni turbinojn kiuj generas elektron. La supervarmigita plasmo prezentas konstantan minacon al la reaktormuro kaj la deturnisto (kiu forigas rubon de la funkciiga reaktoro por reteni la plasmon sufiĉe varma por bruligi).

"Ni provas determini la fundamentan konduton de plasmo-alfrontaj materialoj kun la celo pli bone kompreni degradajn mekanismojn por ke ni povu krei fortikan, novajn materialojn," diris materiala sciencisto Chad Parish de la Nacia Laboratorio de Oak Ridge de la Departemento de Energio. Li estas altranga verkinto de studo en la revuoSciencaj Raportojtio esploris degeneron de volframo sub reaktor-rilataj kondiĉoj.

Ĉar volframo havas la plej altan frostopunkton de ĉiuj metaloj, ĝi estas kandidato por plasmo-fruntaalaj materialoj. Pro ĝia fragileco, tamen, komerca elektrocentralo pli verŝajne estus farita el volframa alojo aŭ kunmetaĵo. Ĉiaokaze, lerni pri kiel energia atombombado influas volframon mikroskope helpas inĝenierojn plibonigi nukleajn materialojn.

"Ene de fuzia elektrocentralo estas la plej brutala medio-inĝenieroj por kiuj iam estis petitaj desegni materialojn," diris Parish. "Ĝi estas pli malbona ol la interno de jetmotoro."

Esploristoj studas la interagadon de plasmo kaj maŝinkomponentoj por fari materialojn kiuj estas pli ol matĉo por tiaj severaj funkciigadkondiĉoj. Materiala fidindeco estas ŝlosila afero kun aktualaj kaj novaj nukleaj teknologioj, kiu havas signifan efikon al konstrukostoj kaj funkciigadkostoj de elektrocentraloj. Do estas kritike realigi materialojn por rezisteco dum longaj vivocikloj.

Por la nuna studo, esploristoj de la Universitato de Kalifornio, San-Diego, bombadis volframon per heliuma plasmo je malalta energio imitante fuzio-reaktoron en normalaj kondiĉoj. Dume, esploristoj ĉe ORNL uzis la Multicharged Ion Research Facility por ataki volframon kun alt-energiaj heliumaj jonoj imitantaj maloftajn kondiĉojn, kiel plasmointerrompo kiu povus deponi nenormale grandan kvanton de energio.

Uzante transmisi-elektronan mikroskopion, skanantan transmisian elektronan mikroskopion, skanantan elektronan mikroskopion kaj elektronan nanokristalografion, la sciencistoj karakterizis la evoluon de vezikoj en la volframa kristalo kaj la formon kaj la kreskon de strukturoj nomitaj "virdoj" sub malaltaj kaj alt-energiaj kondiĉoj. Ili sendis la specimenojn al firmao nomita AppFive por precesia elektrona difrakto, altnivela elektrona kristalografiotekniko, por konkludi kreskmekanismojn sub malsamaj kondiĉoj.

Dum kelkaj jaroj sciencistoj sciis, ke volframo respondas al plasmo formante kristalajn vrtekojn je la skalo de miliardoj de metro, aŭ nanometroj — eta gazono de speco. La nuna studo malkovris, ke viroj produktitaj per malsuper-energia bombado estis pli malrapide kreskantaj, pli fajnaj kaj pli glataj - formante pli densan tapiŝon de fuz - ol tiuj kreitaj per pli alt-energia atako.

En metaloj, atomoj supozas bonordan strukturan aranĝon kun difinitaj spacoj inter ili. Se atomo estas delokigita, malplena loko, aŭ "vakantaĵo", restas. Se radiado, kiel bilardglobo, forĵetas atomon de sia loko kaj lasas vakanton, tiu atomo devas iri ien. Ĝi ŝtopiĝas inter aliaj atomoj en la kristalo, iĝante interstica.

Normala fuzi-reaktora operacio eksponas la deturnilon al alta fluo de tre-malalt-energiaj heliumatomoj. "Heliuma jono ne batas sufiĉe forte por fari la bilardpilkon, do ĝi devas ŝteliri en la kradon por komenci formi bobelojn aŭ aliajn difektojn," Parish klarigis.

Teoriuloj kiel Brian Wirth, Guberniestro de UT-ORNL, modeligis la sistemon kaj kredas, ke la materialo, kiu estas delokigita de la krado, kiam bobeloj formiĝas, fariĝas la konstrubriketoj de vriloj. Heliumatomoj vagas ĉirkaŭ la krado hazarde, diris Parish. Ili enpuŝas aliajn heliumojn kaj kunigas fortojn. Fine la areto estas sufiĉe granda por forĵeti volframan atomon de sia retejo.

“Ĉiufoje kiam la veziko kreskas, ĝi forpuŝas kelkajn pliajn volframajn atomojn de siaj lokoj, kaj ili devas iri ien. Ili estos altiritaj al la surfaco,” diris Parish. "Tio, ni kredas, estas la mekanismo per kiu ĉi tiu nanofuzz ​​formiĝas."

Komputilaj sciencistoj prizorgas simuladojn sur superkomputiloj por studi materialojn sur sia atomnivelo, aŭ nanometrograndeco kaj nanosekunda temposkaloj. Inĝenieroj esploras kiel materialoj fragiliĝas, fendetiĝas kaj alie kondutas post longa eksponiĝo al plasmo, laŭ centimetra longo kaj hora temposkaloj. "Sed estis malmulte da scienco intere," diris Parish, kies eksperimento plenigis ĉi tiun scion por studi la unuajn signojn de materiala degradado kaj la fruaj stadioj de nanotendrila kresko.

Do ĉu fuzz estas bona aŭ malbona? "Fuzz verŝajne havas kaj malutilajn kaj utilajn ecojn, sed ĝis ni scios pli pri ĝi, ni ne povas krei materialojn por provi elimini la malbonan akcentante la bonon," diris Parish. Sur la plusa flanko, malklara volframo povus preni varmecŝarĝojn kiuj fendis pograndan volframon, kaj erozio estas 10 fojojn malpli en neklara ol groca volframo. Sur la minusflanko, nanotendriloj povas derompi, formante polvon kiu povas malvarmigi plasmon. La venonta celo de la sciencistoj estas lerni kiel la materialo evoluas kaj kiom facile estas rompi la nanotendrilojn for de la surfaco.

La ORNL-partneroj publikigis lastatempajn skanajn elektronmikroskopiajn eksperimentojn, kiuj prilumas volframan konduton. Unu studo montris, ke vira kresko ne daŭrigis en iu preferata orientiĝo. Alia enketo rivelis ke la respondo de plasmo-frunta volframo al heliumatomofluo evoluis de nanofuzz ​​nur (ĉe malalta fluo) ĝis nanofuzz ​​kaj plie vezikoj (ĉe alta fluo).

La titolo de la nuna artikolo estas "Morfologioj de volframaj nanotendriloj kultivitaj sub heliumo."