In fúzjereaktor is yn wêzen in magnetyske flesse mei deselde prosessen dy't yn 'e sinne foarkomme. Deuterium en tritium brânstoffen fusearje om in damp fan heliumionen, neutroanen en waarmte te foarmjen. As dit hjitte, ionisearre gas - neamd plasma - baarnt, wurdt dy waarmte oerbrocht nei wetter om stoom te meitsjen om turbines te draaien dy't elektrisiteit generearje. It superheated plasma stelt in konstante bedriging foar de reaktormuorre en de divertor (dy't ôffal fan 'e operearjende reaktor ferwideret om it plasma waarm genôch te hâlden om te ferbaarnen).

"Wy besykje it fûnemintele gedrach fan plasma-rjochte materialen te bepalen mei it doel om degradaasjemeganismen better te begripen, sadat wy robúste, nije materialen kinne yngenieure," sei materiaalwittenskipper Chad Parish fan it Oak Ridge National Laboratory fan 'e Department of Energy. Hy is senior auteur fan in stúdzje yn it tydskriftWittenskiplike rapportendat ûndersocht degradaasje fan wolfraam ûnder reactor-relevante omstannichheden.

Om't wolfraam it heechste rylpunt hat fan alle metalen, is it in kandidaat foar plasma-facing materialen. Troch syn brosheid soe in kommersjele krêftsintrale lykwols wierskynliker wurde makke fan in wolfraam-legering as komposit. Nettsjinsteande, learen oer hoe't enerzjyk atoombombardemint wolfraam mikroskopysk beynfloedet, helpt yngenieurs om nukleêre materialen te ferbetterjen.

"Binnen in fúzje krêftsintrale is de meast brutale omjouwing yngenieurs binne ea frege in ûntwerp materialen foar,"Said Parish. "It is slimmer dan it ynterieur fan in jetmotor."

Undersikers studearje de ynteraksje fan plasma- en masine-komponinten om materialen te meitsjen dy't mear as in wedstriid binne foar sokke hurde wurkomstannichheden. Materiaalbetrouberens is in wichtich probleem mei aktuele en nije nukleêre technologyen dy't in wichtige ynfloed hawwe op bou- en bedriuwskosten fan krêftsintrales. Dat it is kritysk om materialen te ûntwerpen foar hurdens oer lange libbenssyklusen.

Foar de hjoeddeistige stúdzje bombardearren ûndersikers oan 'e Universiteit fan Kalifornje, San Diego, wolfraam mei heliumplasma by lege enerzjy, dy't in fúzjereaktor ûnder normale omstannichheden imitearje. Underwilens brûkten ûndersikers by ORNL de Multicharged Ion Research Facility om wolfraam oan te fallen mei heliumionen mei hege enerzjy dy't seldsume omstannichheden emulearje, lykas in plasma-fersteuring dy't in abnormaal grutte hoemannichte enerzjy kin deponearje.

Mei help fan oerdracht elektroanenmikroskopie, skennen transmissie elektronenmikroskopie, skennen elektroanenmikroskopie en elektroanen nanokristallography, de wittenskippers karakterisearre de evolúsje fan bubbels yn it wolfraam kristal en de foarm en de groei fan struktueren neamd "ranken" ûnder lege- en hege-enerzjy omstannichheden. Se stjoerde de samples nei in bedriuw neamd AppFive foar presesjeelektronediffraksje, in avansearre elektronkristallografyske technyk, om groeimeganismen ûnder ferskate omstannichheden ôf te lieden.

Foar in pear jier hawwe wittenskippers bekend dat wolfraam reagearret op plasma troch it foarmjen fan kristallijne ranken op 'e skaal fan miljardste fan in meter, of nanometers - in lyts gazon fan soarten. De hjoeddeistige stúdzje ûntduts dat ranken produsearre troch bombardemint mei legere enerzjy stadiger groeiden, fyner en soepeler - en foarmje in tichter tapyt fan fuzz - dan dy makke troch oanfallen mei hegere enerzjy.

Yn metalen nimme atomen in oarderlike strukturele arranzjemint oan mei definieare romten tusken har. As in atoom ferpleatst wurdt, bliuwt in lege side, of "fakatuere", oer. As strieling, lykas in biljartbal, in atoom fan syn side ôfslacht en in leechstân efterlit, moat dat atoom earne hinne. It krampt himsels tusken oare atomen yn it kristal, en wurdt in interstitial.

Normale fúzje-reaktor-operaasje bleatstelt de divertor oan in hege flux fan heul-leech-enerzjy-heliumatomen. "In heliumion slacht net hurd genôch om de biljertbalbotsing te dwaan, dus it moat yn it rooster sneupe om te begjinnen mei it foarmjen fan bubbels of oare defekten," ferklearre Parish.

Teoretici lykas Brian Wirth, in UT-ORNL Governor's Chair, hawwe it systeem modelearre en leauwe dat it materiaal dat wurdt ferpleatst út it rooster as bubbels foarmje de boustiennen fan ranken wurdt. Heliumatomen swalkje willekeurich om it rooster, sei Parish. Se treffe oare heliums en gearwurkje. Uteinlik is it kluster grut genôch om in wolfraamatoom fan har side te slaan.

"Elke kear as de bel groeit, triuwt it in pear mear wolfraamatomen fan har plakken ôf, en se moatte earne hinne. Se sille nei it oerflak oanlutsen wurde, "sei Parish. "Dat, leauwe wy, it meganisme is wêrmei dizze nanofuzz ​​foarmje."

Komputasjonele wittenskippers rinne simulaasjes op supercomputers om materialen te studearjen op har atoomnivo, of nanometergrutte en nanosekonde tiidskalen. Yngenieurs ûndersykje hoe't materialen bros, barsten en oars gedrage nei lange bleatstelling oan plasma, op sintimeter lingte en oere tiidskalen. "Mar d'r wie net folle wittenskip tusken," sei Parish, waans eksperimint dizze kenniskloof folde om de earste tekens fan materiële degradaasje en de iere stadia fan groei fan nanotendril te studearjen.

Dus is fuzz goed of min? "Fuzz hat wierskynlik sawol skealike as foardielige eigenskippen, mar oant wy der mear oer witte, kinne wy ​​gjin materialen oanmeitsje om te besykjen it minne te eliminearjen, wylst it goede aksintuearret," sei Parish. Oan 'e positive kant kin fuzzy wolfraam waarmteladingen nimme dy't bulk wolfraam soe kraken, en eroazje is 10 kear minder yn fuzzy dan bulk wolfraam. Oan 'e minuskant kinne nanotendrillen ôfbrekke, en foarmje in stof dat plasma kin koelje. It folgjende doel fan 'e wittenskippers is om te learen hoe't it materiaal evoluearret en hoe maklik it is om de nanotendrillen fan it oerflak ôf te brekken.

De ORNL-partners publisearre resinte scan-elektronenmikroskopie-eksperiminten dy't wolfraamgedrach ferljochtsje. Ien stúdzje liet sjen dat rankgroei net trochgie yn ien of oare foarkarsoriïntaasje. In oar ûndersyk die bliken dat de reaksje fan plasma-rjochte wolfraam op helium atoomflux evoluearre fan nanofuzz ​​allinich (by lege flux) nei nanofuzz ​​plus bubbels (by hege flux).

De titel fan it hjoeddeistige papier is "Morfologyen fan wolfraam nanotendrillen groeid ûnder helium-eksposysje."