Fusio-erreaktore bat, funtsean, eguzkitan gertatzen diren prozesu berdinak dituen botila magnetiko bat da. Deuterio eta tritio erregaiak fusionatzen dira helio ioien, neutroien eta beroaren lurruna sortzeko. Gas bero eta ionizatu hau —plasma izenekoa— erretzen den heinean, bero hori uretara transferitzen da lurruna egiteko, elektrizitatea sortzen duten turbinak biratzeko. Gainberotutako plasmak etengabeko mehatxua dakar erreaktorearen hormarentzat eta desbideragailuarentzat (funtzionamenduko erreaktoretik hondakinak kentzen ditu, plasma nahikoa beroa izateko).

"Plasmaren aurrean dauden materialen oinarrizko portaera zehazten saiatzen ari gara degradazio-mekanismoak hobeto ezagutzeko helburuarekin, material sendo eta berriak diseinatu ahal izateko", esan du Chad Parish Energia Saileko Oak Ridge National Laboratory-ko materialen zientzialariak. Aldizkariko ikerketa baten egile nagusia daTxosten zientifikoaktungstenoaren degradazioa aztertu zuen erreaktoreari dagozkion baldintzetan.

Wolframioa metal guztien urtze-punturik altuena duelako, plasmari begira dauden materialetarako hautagaia da. Bere hauskortasunagatik, ordea, zentral komertzial bat litekeena da wolframiozko aleazio edo konposite batez egina egotea. Nolanahi ere, bonbardaketa atomiko energetikoak tungstenoari mikroskopikoki nola eragiten dion jakiteak ingeniariei material nuklearrak hobetzen laguntzen die.

"Fusio-zentral baten barruan ingeniariei materialak diseinatzeko eskatu zaien ingurunerik basatiena dago", esan zuen Parishek. "Hegazkin-motor baten barrualdea baino okerragoa da".

Ikertzaileak plasma eta makinen osagaien elkarrekintza aztertzen ari dira, funtzionamendu-baldintza gogorren bat baino gehiago diren materialak egiteko. Materialen fidagarritasuna funtsezko arazoa da egungo eta teknologia nuklear berriekin, eta horrek eragin handia du zentral elektrikoen eraikuntza eta ustiapen kostuetan. Beraz, funtsezkoa da materialak ingeniaritza bizi-ziklo luzeetan erresistentzia izateko.

Oraingo ikerketarako, San Diegoko Kaliforniako Unibertsitateko ikertzaileek tungstenoa helio-plasmarekin bonbardatu zuten energia baxuan, fusio-erreaktore bat imitatuz, baldintza normaletan. Bien bitartean, ORNL-ko ikertzaileek Multicharged Ion Research Facility erabili zuten tungstenoa energia handiko helio ioiekin erasotzeko, baldintza arraroak imitatuz, hala nola, energia kantitate anormalki handia jar dezakeen plasma-haustura bat.

Transmisiozko mikroskopia elektronikoa, mikroskopiozko transmisiozko mikroskopia elektronikoa, mikroskopio elektronikoa eta nanokristalografia elektronikoa erabiliz, zientzialariek wolframio-kristaleko burbuilen bilakaera eta energia baxuko eta handiko baldintzetan "ziril" izeneko egituren forma eta hazkuntza ezaugarritu zituzten. Laginak AppFive izeneko enpresara bidali zituzten prezesio elektronikoen difrakziorako, elektroi-kristalografia-teknika aurreratua, hazkuntza-mekanismoak baldintza ezberdinetan ondorioztatzeko.

Zenbait urtez zientzialariek jakin izan dute wolframioak plasmari erantzuten diola metroko bilioenen edo nanometroen eskalan kristalinozko kiribilak eratuz, nolabaiteko belar txiki bat. Oraingo ikerketak aurkitu du energia baxuagoko bonbardaketak sortutako kirtxoak motelagoak, finagoak eta leunagoak zirela —fuzz-alfonbra trinkoagoa osatuz— energia handiagoko erasoek sortutakoak baino.

Metaletan, atomoek egitura-antolaketa ordenatua hartzen dute euren artean espazio zehaztuekin. Atomo bat desplazatzen bada, gune huts bat edo "hutsik" geratzen da. Erradiazioak, billar-bola batek bezala, atomo bat bere gunetik botatzen badu eta hutsune bat uzten badu, atomo horrek norabait joan behar du. Kristaleko beste atomo batzuen artean sartzen da, interstizial bihurtuz.

Fusio-erreaktorearen funtzionamendu normalak desbideratzailea oso energia baxuko helio atomoen fluxu handi baten aurrean jartzen du. "Helio ioi batek ez du nahikoa gogor jotzen billar-bola talka egiteko, beraz, sarean sartu behar da burbuilak edo bestelako akatsak sortzen hasteko", azaldu du Parishek.

Brian Wirth bezalako teorikoek, UT-ORNL-eko gobernadore-aulki batek, sistema modelatu dute eta burbuilak sortzen direnean saretik desplazatzen den materiala zartaginen eraikuntza-bloke bihurtzen dela uste dute. Helio atomoak sarean ausaz ibiltzen dira, Parishek esan zuen. Beste helioekin topo egiten dute eta indarrak batzen dituzte. Azkenean, multzoa nahikoa handia da wolframio-atomo bat bere gunetik botatzeko.

«Burbuila hazten den bakoitzean tungsteno atomo pare bat gehiago bultzatzen ditu beren guneetatik, eta norabait joan behar dute. Azalera erakarriko dute», esan du Parrokiak. "Hori da, gure ustez, nanofuzz ​​hau eratzen duen mekanismoa".

Zientzialari informatikoek simulazioak egiten dituzte superordenagailuetan materialak beren maila atomikoan aztertzeko, edo nanometroen tamaina eta nanosegundoko denbora eskalak. Ingeniariek materialak hauskortasuna, pitzadura eta beste moduren bat nola jokatzen duten aztertzen dute plasmaren eraginpean egon ondoren, zentimetroko luzera eta orduko denbora eskaletan. "Baina zientzia gutxi zegoen tartean", esan zuen Parishek, zeinaren esperimentuak ezagutza hutsune hori bete zuen materialaren degradazioaren lehen zantzuak eta nanotendrilaren hazkuntzaren hasierako faseak aztertzeko.

Beraz, fuzz ona ala txarra da? "Litekeena da Fuzz-ek propietate kaltegarriak eta onuragarriak izatea, baina horri buruz gehiago jakin arte, ezin ditugu materialak diseinatu txarrak ezabatzen saiatzeko, ona nabarmentzen duen bitartean", esan zuen Parishek. Alde onetan, wolframio lausoak tungsteno lausoak pitzatuko lituzkeen bero-kargak har ditzake, eta higadura tungsteno lausoan baino 10 aldiz txikiagoa da. Minaren aldean, nanodiluak hautsi daitezke, plasma hoztu dezakeen hautsa sortuz. Zientzialarien hurrengo helburua materiala nola eboluzionatzen den eta nanodiluak gainazaletik apurtzea zein erraza den ikastea da.

ORNL-eko bazkideek tungstenoaren portaera argitzen duten ekorketa-mikroskopia elektronikoko esperimentuak argitaratu dituzte. Ikerketa batek erakutsi zuen zartaginaren hazkuntza ez zela hobetsitako orientaziorik jarraitu. Beste ikerketa batek agerian utzi zuen plasmari begira dagoen wolframioaren erantzuna helio atomoaren fluxuari nanofuzz-etik soilik (fluxu txikian) nanofuzz ​​gehi burbuiletara (fluxu handian) eboluzionatu zela.

Egungo artikuluaren izenburua "Helioaren esposiziopean hazitako tungsteno nanotendrilen morfologiak" da.