Yon raktor fizyon se esansyèlman yon boutèy mayetik ki gen menm pwosesis ki fèt nan solèy la. Deteryòm ak konbistib trityòm fusion pou fòme yon vapè iyon elyòm, netwon ak chalè. Pandan gaz cho, ionize sa a—ki rele plasma—boule, chalè sa a transfere nan dlo pou fè vapè pou vire turbin ki jenere elektrisite. Plasma sipèchofe a reprezante yon menas konstan pou miray raktor a ak divertor (ki retire fatra nan raktor opere a pou kenbe plasma a cho ase pou boule).

“N ap eseye detèmine konpòtman fondamantal materyèl ki fè fas a plasma avèk objektif pou nou pi byen konprann mekanis degradasyon pou nou kapab enjenyè nouvo materyèl solid,” te di Chad Parish nan laboratwa nasyonal Oak Ridge Depatman Enèji, syantis materyèl Chad Parish. Li se otè ansyen nan yon etid nan jounal laRapò syantifikki te eksplore degradasyon tengstèn nan kondisyon ki gen rapò ak raktor.

Paske tengstèn gen pi wo pwen k ap fonn nan tout metal, li se yon kandida pou materyèl plasma-fè fas a. Akòz frajil li yo, sepandan, yon plant elektrik komèsyal ta gen plis chans fèt ak yon alyaj tengstèn oswa konpoze. Kèlkeswa, aprann sou fason bonbadman atomik enèjik afekte tengstèn mikwoskopik ede enjenyè amelyore materyèl nikleyè.

"Anndan yon plant elektrik fizyon se enjenyè anviwònman ki pi brital yo te janm mande pou konsepsyon materyèl pou," Parish te di. "Li pi mal pase enteryè yon motè jè."

Chèchè yo ap etidye entèraksyon plasma ak konpozan machin pou fè materyèl ki pi plis pase yon match pou kondisyon fonksyònman difisil sa yo. Fyab materyèl se yon pwoblèm kle ak aktyèl ak nouvo teknoloji nikleyè ki gen yon enpak siyifikatif sou konstriksyon ak depans fonksyònman nan plant elektrik. Se konsa, li enpòtan pou enjenyè materyèl pou kouraz sou sik lavi long.

Pou etid aktyèl la, chèchè nan University of California, San Diego, te bonbade tengstèn ak plasma elyòm nan enèji ki ba imite yon raktor fizyon nan kondisyon nòmal. Pandan se tan, chèchè nan ORNL te itilize Multicharged Ion Research Facility la pou atake tengstèn ak iyon elyòm ki gen gwo enèji ki imite kondisyon ki ra, tankou yon dezòd plasma ki ta ka depoze yon kantite enèji ki pa nòmal.

Sèvi ak mikwoskospi elèktron transmisyon, mikwoskospi elektwonik transmisyon, mikwoskospi elèktron ak nanokristalografi elèktron, syantis yo karakterize evolisyon ti wonn nan kristal tengstèn ak fòm ak kwasans estrikti ki rele "tendrils" nan kondisyon ki ba ak gwo enèji. Yo voye echantiyon yo bay yon konpayi ki rele AppFive pou difraksyon elèktron presesyon, yon teknik kristalografi elèktron avanse, pou dedwi mekanis kwasans nan diferan kondisyon.

Pandan kèk ane, syantis yo te konnen ke tengstèn reponn a plasma lè yo fòme tenril kristal sou echèl milya dola nan yon mèt, oswa nanomèt - yon ti gazon nan kalite. Etid aktyèl la te dekouvri ke tenrils ki te pwodwi pa bonbadman ki pi ba enèji yo te pi dousman ap grandi, pi rafine ak douser-fòme yon tapi pi dans nan fuzz-pase sa yo ki te kreye pa atak ki pi wo enèji.

Nan metal, atòm yo sipoze yon aranjman estriktirèl òdone ak espas defini ant yo. Si yon atòm deplase, yon sit vid, oswa "pòs vid," rete. Si radyasyon, tankou yon boul biya, frape yon atòm nan sit li a epi li kite yon vid, atòm sa a gen pou ale yon kote. Li crams tèt li ant atòm lòt nan kristal la, vin tounen yon entèrstisyèl.

Operasyon nòmal fizyon-reaktè ekspoze divertor a nan yon gwo flux nan atòm elyòm ki ba anpil enèji. "Yon iyon elyòm pa frape ase difisil pou fè kolizyon boul biya, kidonk li dwe fofile nan lasi a pou kòmanse fòme bul oswa lòt domaj," Parish eksplike.

Teorisyen tankou Brian Wirth, yon Prezidan UT-ORNL Gouvènè a, te modle sistèm nan epi yo kwè ke materyèl la ki vin deplase soti nan lasi a lè bul yo fòme vin blòk bilding yo nan tenrils. Atòm elyòm flannen alantou lasi a owaza, Parish te di. Yo frape nan lòt elyòm epi mete fòs yo ansanm. Evantyèlman gwoup la se gwo ase pou frape yon atòm tengstèn nan sit li a.

"Chak fwa ti wonn nan grandi li pouse yon koup plis atòm tengstèn nan sit yo, epi yo oblije ale yon kote. Yo pral atire sou sifas la,” Parish te di. "Sa, nou kwè, se mekanis nan ki fòme nanofuzz ​​sa a."

Syantis enfòmatik yo fè simulation sou superordinateurs pou etidye materyèl nan nivo atomik yo, oswa gwosè nanomèt ak echèl tan nanosecond. Enjenyè yo eksplore ki jan materyèl yo frajil, krak, ak otreman konpòte apre yon tan ekspoze a plasma, sou longè santimèt ak echèl tan èdtan. "Men, te gen ti syans nan mitan," te di Parish, ki gen eksperyans ranpli espas sa a konesans yo etidye premye siy yo nan degradasyon materyèl ak premye etap yo nan kwasans nanotendril.

Se konsa, fuzz bon oswa move? "Fuzz gen anpil chans pou genyen tou de pwopriyete prejidis ak benefisye, men jiskaske nou konnen plis sou li, nou pa ka enjenyè materyèl pou eseye elimine move yo pandan y ap aksantué sa ki byen," Parish te di. Sou bò a plis, tengstèn flou ta ka pran chay chalè ki ta krak tengstèn esansyèl, ak ewozyon se 10 fwa mwens nan flou pase tengstèn esansyèl. Sou bò a mwens, nanotendrils ka kraze, fòme yon pousyè ki ka refwadi plasma. Pwochen objektif syantis yo se pou aprann kijan materyèl la evolye ak kijan li fasil pou kraze nanotendrils yo lwen sifas la.

Patnè ORNL yo te pibliye dènye eksperyans mikwoskospi elektwonik ki eklere konpòtman tengstèn. Yon etid te montre kwasans tenril pa t kontinye nan okenn oryantasyon pi pito. Yon lòt envestigasyon revele ke repons lan nan tengstèn plasma-fè fas a flux atòm elyòm evolye soti nan nanofuzz ​​sèlman (nan flux ki ba) nan nanofuzz ​​plis bul (nan gwo flux).

Tit papye aktyèl la se "Mòfoloji nanotendrils tengstèn ki grandi anba ekspoze elyòm."