ફ્યુઝન રિએક્ટર એ અનિવાર્યપણે એક ચુંબકીય બોટલ છે જેમાં સૂર્યમાં થતી સમાન પ્રક્રિયાઓ હોય છે. ડ્યુટેરિયમ અને ટ્રીટિયમ ઇંધણ હિલીયમ આયનો, ન્યુટ્રોન અને ગરમીની વરાળ બનાવવા માટે ફ્યુઝ થાય છે. આ ગરમ, આયનાઈઝ્ડ ગેસ-જેને પ્લાઝ્મા કહેવાય છે-બળે છે, તે ગરમીને પાણીમાં ટ્રાન્સફર કરીને વરાળ બનાવવા માટે ટર્બાઈનને ફેરવવામાં આવે છે જે વીજળી ઉત્પન્ન કરે છે. સુપરહીટેડ પ્લાઝ્મા રિએક્ટરની દિવાલ અને ડાયવર્ટર માટે સતત ખતરો ઉભો કરે છે (જે પ્લાઝમાને બળી શકે તેટલું ગરમ ​​રાખવા માટે ઓપરેટિંગ રિએક્ટરમાંથી કચરો દૂર કરે છે).

"અમે ડિગ્રેડેશન મિકેનિઝમ્સને વધુ સારી રીતે સમજવાના ધ્યેય સાથે પ્લાઝ્મા-સામનો સામગ્રીની મૂળભૂત વર્તણૂક નક્કી કરવાનો પ્રયાસ કરી રહ્યા છીએ જેથી કરીને અમે મજબૂત, નવી સામગ્રીનું એન્જિનિયર કરી શકીએ," ઊર્જા વિભાગની ઓક રિજ નેશનલ લેબોરેટરીના સામગ્રી વૈજ્ઞાનિક ચાડ પેરિશે જણાવ્યું હતું. તે જર્નલમાં અભ્યાસના વરિષ્ઠ લેખક છેવૈજ્ઞાનિક અહેવાલોજે રિએક્ટર-સંબંધિત પરિસ્થિતિઓમાં ટંગસ્ટનના અધોગતિનું સંશોધન કરે છે.

કારણ કે ટંગસ્ટન તમામ ધાતુઓમાં સૌથી વધુ ગલનબિંદુ ધરાવે છે, તે પ્લાઝ્મા-સામનો સામગ્રી માટે ઉમેદવાર છે. જો કે, તેની બરડતાને કારણે, વાણિજ્યિક પાવર પ્લાન્ટ ટંગસ્ટન એલોય અથવા કમ્પોઝિટથી બનેલો હશે. અનુલક્ષીને, કેવી રીતે ઊર્જાસભર અણુ બોમ્બમારો ટંગસ્ટનને માઇક્રોસ્કોપિક રીતે અસર કરે છે તે વિશે શીખવાથી એન્જિનિયરોને પરમાણુ સામગ્રી સુધારવામાં મદદ મળે છે.

"ફ્યુઝન પાવર પ્લાન્ટની અંદર સૌથી ઘાતકી પર્યાવરણ એન્જિનિયરોને સામગ્રી ડિઝાઇન કરવા માટે કહેવામાં આવ્યું છે," પેરિશે કહ્યું. "તે જેટ એન્જિનના આંતરિક ભાગ કરતાં વધુ ખરાબ છે."

સંશોધકો પ્લાઝ્મા અને મશીનના ઘટકોની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાનો અભ્યાસ કરી રહ્યા છે જેથી એવી સામગ્રી બનાવવામાં આવે જે આવી કઠોર ઓપરેટિંગ પરિસ્થિતિઓ માટે મેચ કરતાં વધુ હોય. વર્તમાન અને નવી પરમાણુ તકનીકો સાથે સામગ્રીની વિશ્વસનીયતા એ મુખ્ય મુદ્દો છે જે પાવર પ્લાન્ટના બાંધકામ અને સંચાલન ખર્ચ પર નોંધપાત્ર અસર કરે છે. તેથી લાંબા જીવનચક્ર પર સખ્તાઇ માટે સામગ્રીને એન્જિનિયર કરવા માટે તે મહત્વપૂર્ણ છે.

વર્તમાન અભ્યાસ માટે, યુનિવર્સિટી ઓફ કેલિફોર્નિયા, સાન ડિએગોના સંશોધકોએ સામાન્ય સ્થિતિમાં ફ્યુઝન રિએક્ટરની નકલ કરતા ઓછી ઉર્જા પર હિલીયમ પ્લાઝ્મા સાથે ટંગસ્ટન પર બોમ્બમારો કર્યો હતો. દરમિયાન, ORNL ના સંશોધકોએ મલ્ટિચાર્જ્ડ આયન રિસર્ચ ફેસિલિટીનો ઉપયોગ ઉચ્ચ-ઊર્જાવાળા હિલીયમ આયનોનું અનુકરણ કરતી દુર્લભ પરિસ્થિતિઓ સાથે ટંગસ્ટન પર હુમલો કરવા માટે કર્યો હતો, જેમ કે પ્લાઝ્મા વિક્ષેપ જે અસાધારણ રીતે મોટી માત્રામાં ઊર્જા જમા કરી શકે છે.

ટ્રાન્સમિશન ઈલેક્ટ્રોન માઈક્રોસ્કોપી, સ્કેનિંગ ટ્રાન્સમિશન ઈલેક્ટ્રોન માઈક્રોસ્કોપી, સ્કેનિંગ ઈલેક્ટ્રોન માઈક્રોસ્કોપી અને ઈલેક્ટ્રોન નેનોક્રિસ્ટાલોગ્રાફીનો ઉપયોગ કરીને, વૈજ્ઞાનિકોએ ટંગસ્ટન ક્રિસ્ટલમાં પરપોટાની ઉત્ક્રાંતિ અને નીચી અને ઉચ્ચ-ઊર્જા પરિસ્થિતિઓમાં "ટેન્ડ્રીલ્સ" નામના માળખાના આકાર અને વિકાસની લાક્ષણિકતા દર્શાવી. તેઓએ વિવિધ પરિસ્થિતિઓમાં વૃદ્ધિ મિકેનિઝમ્સનું અનુમાન કરવા માટે પ્રિસેશન ઇલેક્ટ્રોન ડિફ્રેક્શન, એક અદ્યતન ઇલેક્ટ્રોન ક્રિસ્ટલોગ્રાફી તકનીક માટે એપફાઇવ નામની પેઢીને નમૂનાઓ મોકલ્યા.

થોડા વર્ષોથી વૈજ્ઞાનિકો જાણે છે કે ટંગસ્ટન મીટરના અબજમા ભાગના સ્કેલ પર સ્ફટિકીય ટેન્ડ્રીલ્સ બનાવીને પ્લાઝ્માને પ્રતિભાવ આપે છે, અથવા નેનોમીટર - એક પ્રકારનું નાનું લૉન. વર્તમાન અભ્યાસમાં જાણવા મળ્યું છે કે નીચી-ઊર્જા બોમ્બાર્ડમેન્ટ દ્વારા ઉત્પાદિત ટેન્ડ્રીલ્સ ધીમી-વધતી, ઝીણી અને સુંવાળી હતી-જે ઉચ્ચ-ઊર્જા હુમલા દ્વારા બનાવેલ છે તેના કરતાં વધુ ગાઢ કાર્પેટ બનાવે છે.

ધાતુઓમાં, અણુઓ તેમની વચ્ચે નિર્ધારિત જગ્યાઓ સાથે વ્યવસ્થિત માળખાકીય વ્યવસ્થા ધારણ કરે છે. જો અણુ વિસ્થાપિત થાય છે, તો ખાલી જગ્યા અથવા "ખાલી જગ્યા" રહે છે. જો કિરણોત્સર્ગ, બિલિયર્ડ બોલની જેમ, અણુને તેની સાઇટ પરથી પછાડે છે અને ખાલી જગ્યા છોડી દે છે, તો તે અણુએ ક્યાંક જવું પડશે. તે સ્ફટિકના અન્ય અણુઓ વચ્ચે પોતાની જાતને ક્રેમ કરે છે, એક ઇન્ટર્સ્ટિશલ બની જાય છે.

સામાન્ય ફ્યુઝન-રિએક્ટર ઓપરેશન ડાયવર્ટરને ખૂબ-ઓછી-ઊર્જાવાળા હિલીયમ પરમાણુના ઉચ્ચ પ્રવાહ માટે ખુલ્લા પાડે છે. "એક હિલીયમ આયન બિલિયર્ડ બોલ અથડામણ કરવા માટે પૂરતું સખત અથડાતું નથી, તેથી તેને પરપોટા અથવા અન્ય ખામીઓ બનાવવાનું શરૂ કરવા માટે જાળીમાં ઝલકવું પડશે," પેરિશે સમજાવ્યું.

યુટી-ઓઆરએનએલના ગવર્નર ચેર, બ્રાયન વિર્થ જેવા સિદ્ધાંતવાદીઓએ સિસ્ટમનું મોડલ બનાવ્યું છે અને માને છે કે જ્યારે બબલ્સ ટેન્ડ્રીલ્સના બિલ્ડીંગ બ્લોક્સ બની જાય છે ત્યારે જાળીમાંથી વિસ્થાપિત થતી સામગ્રી. હિલીયમ પરમાણુ જાળીની આસપાસ રેન્ડમ રીતે ભટકતા હોય છે, પેરિશે કહ્યું. તેઓ અન્ય હિલીયમ સાથે ટકરાય છે અને દળોમાં જોડાય છે. આખરે ક્લસ્ટર તેની સાઇટ પરથી ટંગસ્ટન અણુને પછાડી શકે તેટલું મોટું છે.

“જ્યારે પણ બબલ વધે છે ત્યારે તે તેમની સાઇટ્સથી થોડા વધુ ટંગસ્ટન પરમાણુઓને ધકેલી દે છે, અને તેમને ક્યાંક જવું પડે છે. તેઓ સપાટી તરફ આકર્ષિત થશે,” પેરિશે કહ્યું. "તે, અમે માનીએ છીએ, તે પદ્ધતિ છે જેના દ્વારા આ નેનોફઝ રચાય છે."

કોમ્પ્યુટેશનલ વૈજ્ઞાનિકો તેમના અણુ સ્તર પર સામગ્રીનો અભ્યાસ કરવા માટે સુપરકોમ્પ્યુટર પર સિમ્યુલેશન ચલાવે છે, અથવા નેનોમીટર કદ અને નેનોસેકન્ડ સમયના ભીંગડા. એન્જીનીયરો અન્વેષણ કરે છે કે કેવી રીતે સામગ્રી પ્લાઝ્મા સાથે લાંબા સમય સુધી સંપર્કમાં આવ્યા પછી, સેન્ટીમીટર લંબાઈ અને કલાકના સમયના માપદંડો પર ભેળસેળ કરે છે, ક્રેક કરે છે અને અન્યથા વર્તે છે. "પરંતુ વચ્ચે થોડું વિજ્ઞાન હતું," પેરિશે કહ્યું, જેમના પ્રયોગે ભૌતિક અધોગતિના પ્રથમ ચિહ્નો અને નેનોટેંડ્રિલ વૃદ્ધિના પ્રારંભિક તબક્કાઓનો અભ્યાસ કરવા માટે આ જ્ઞાન અંતરને ભરી દીધું.

તો ફઝ સારું છે કે ખરાબ? "ફઝમાં હાનિકારક અને ફાયદાકારક ગુણધર્મો બંને હોવાની સંભાવના છે, પરંતુ જ્યાં સુધી આપણે તેના વિશે વધુ જાણીએ નહીં ત્યાં સુધી, અમે સારા પર ભાર મૂકતી વખતે ખરાબને દૂર કરવાનો પ્રયાસ કરવા માટે સામગ્રીને એન્જિનિયર કરી શકતા નથી," પેરિશે કહ્યું. વત્તા બાજુ પર, ફઝી ટંગસ્ટન ગરમીનો ભાર લઈ શકે છે જે બલ્ક ટંગસ્ટનને ક્રેક કરશે, અને બલ્ક ટંગસ્ટન કરતાં ફઝીમાં ધોવાણ 10 ગણું ઓછું છે. માઇનસ બાજુએ, નેનોટેન્ડ્રીલ્સ તૂટી શકે છે, એક ધૂળ બનાવે છે જે પ્લાઝ્માને ઠંડુ કરી શકે છે. વૈજ્ઞાનિકોનું આગલું ધ્યેય એ જાણવાનું છે કે સામગ્રી કેવી રીતે વિકસિત થાય છે અને નેનોટેન્ડ્રીલ્સને સપાટીથી દૂર તોડવું કેટલું સરળ છે.

ORNL ભાગીદારોએ તાજેતરના સ્કેનિંગ ઇલેક્ટ્રોન માઇક્રોસ્કોપી પ્રયોગો પ્રકાશિત કર્યા છે જે ટંગસ્ટન વર્તનને પ્રકાશિત કરે છે. એક અભ્યાસ દર્શાવે છે કે ટેન્ડ્રીલ વૃદ્ધિ કોઈપણ પસંદગીના અભિગમમાં આગળ વધતી નથી. અન્ય તપાસમાં જાણવા મળ્યું કે હિલીયમ અણુ પ્રવાહ માટે પ્લાઝ્મા-ફેસિંગ ટંગસ્ટનનો પ્રતિભાવ માત્ર નેનોફઝ (ઓછા પ્રવાહ પર) થી નેનોફઝ વત્તા બબલ્સ (ઉચ્ચ પ્રવાહ પર) સુધી વિકસિત થયો હતો.

વર્તમાન પેપરનું શીર્ષક "હિલીયમ એક્સપોઝર હેઠળ ઉગાડવામાં આવેલા ટંગસ્ટન નેનોટેન્ડ્રીલ્સના મોર્ફોલોજીસ" છે.