Միաձուլման ռեակտորը, ըստ էության, մագնիսական շիշ է, որը պարունակում է նույն գործընթացները, որոնք տեղի են ունենում արևի տակ: Դեյտերիումի և տրիտիումի վառելիքները միաձուլվում են՝ ձևավորելով հելիումի իոնների, նեյտրոնների և ջերմության գոլորշի։ Երբ այս տաք, իոնացված գազը, որը կոչվում է պլազմա, այրվում է, այդ ջերմությունը փոխանցվում է ջրին, որպեսզի գոլորշի ստեղծվի՝ էլեկտրաէներգիա արտադրող տուրբինները վերածելու համար: Գերտաքացած պլազման մշտական ​​վտանգ է ներկայացնում ռեակտորի պատին և դիվերտորին (որը թափոնները հեռացնում է գործող ռեակտորից, որպեսզի պլազման այնքան տաք պահի, որ այրվի):

«Մենք փորձում ենք որոշել պլազմային երեսպատող նյութերի հիմնարար վարքը՝ նպատակ ունենալով ավելի լավ հասկանալ քայքայման մեխանիզմները, որպեսզի կարողանանք ստեղծել ամուր, նոր նյութեր», - ասում է Էներգետիկայի դեպարտամենտի Oak Ridge ազգային լաբորատորիայի նյութագետ Չադ Փերիշը: Նա ամսագրի ուսումնասիրության ավագ հեղինակ էԳիտական ​​հաշվետվություններորը ուսումնասիրել է վոլֆրամի քայքայումը ռեակտորի համապատասխան պայմաններում:

Քանի որ վոլֆրամն ունի բոլոր մետաղների ամենաբարձր հալման կետը, այն պլազմային երեսպատման նյութերի թեկնածու է: Այնուամենայնիվ, իր փխրունության պատճառով առևտրային էլեկտրակայանը ավելի հավանական է, որ պատրաստված լինի վոլֆրամի համաձուլվածքից կամ կոմպոզիտից: Անկախ նրանից, իմանալով, թե ինչպես է էներգետիկ ատոմային ռմբակոծությունն ազդում վոլֆրամի մանրադիտակի վրա, օգնում է ինժեներներին բարելավել միջուկային նյութերը:

«Ֆյուժն էլեկտրակայանի ներսում ամենադաժան միջավայրն է, որին երբևէ խնդրել են ինժեներներին նյութեր նախագծել», - ասաց Փերիշը: «Դա ավելի վատ է, քան ռեակտիվ շարժիչի ինտերիերը»:

Հետազոտողները ուսումնասիրում են պլազմայի և մեքենայի բաղադրիչների փոխազդեցությունը՝ այնպիսի նյութեր ստեղծելու համար, որոնք ավելին են համապատասխանում նման ծանր աշխատանքային պայմաններին: Նյութերի հուսալիությունը ներկայիս և նոր միջուկային տեխնոլոգիաների առանցքային խնդիրն է, որը էական ազդեցություն ունի էլեկտրակայանների շինարարության և շահագործման ծախսերի վրա: Այսպիսով, շատ կարևոր է երկար կյանքի ցիկլի ընթացքում նյութեր ստեղծելու համար:

Ընթացիկ հետազոտության համար Սան Դիեգոյի Կալիֆոռնիայի համալսարանի հետազոտողները ռմբակոծել են վոլֆրամը հելիումի պլազմայով ցածր էներգիայով՝ ընդօրինակելով միաձուլման ռեակտորը նորմալ պայմաններում: Միևնույն ժամանակ, ORNL-ի հետազոտողները օգտագործեցին Multicharged Ion Research Facility-ը վոլֆրամի հարձակման համար բարձր էներգիայի հելիումի իոններով, որոնք ընդօրինակում են հազվագյուտ պայմանները, ինչպիսիք են պլազմայի խանգարումը, որը կարող է աննորմալ մեծ քանակությամբ էներգիա կուտակել:

Օգտագործելով փոխանցման էլեկտրոնային մանրադիտակը, սկանավորող հաղորդման էլեկտրոնային մանրադիտակը, սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակը և էլեկտրոնային նանոբյուրեղագրությունը՝ գիտնականները բնութագրել են վոլֆրամի բյուրեղում փուչիկների էվոլյուցիան և ցածր և բարձր էներգիայի պայմաններում «ջղաձիգ» կոչվող կառուցվածքների ձևն ու աճը: Նրանք նմուշներն ուղարկեցին AppFive կոչվող ֆիրման՝ էլեկտրոնների պրեսեսիոն դիֆրակցիայի համար, որը էլեկտրոնային բյուրեղագրության առաջադեմ տեխնիկա է՝ տարբեր պայմաններում աճի մեխանիզմները պարզելու համար:

Մի քանի տարի գիտնականներին հայտնի է դարձել, որ վոլֆրամն արձագանքում է պլազմային՝ ձևավորելով բյուրեղային ճյուղեր՝ միլիարդերորդական մետրի կամ նանոմետրերի մասշտաբով՝ մի տեսակ փոքրիկ սիզամարգ։ Ընթացիկ ուսումնասիրությունը պարզեց, որ ավելի ցածր էներգիայի ռմբակոծության արդյունքում արտադրված պտուտակներն ավելի դանդաղ են աճում, ավելի նուրբ և հարթ՝ ձևավորելով ավելի խիտ գորգ, քան նրանք, որոնք ստեղծվել են ավելի բարձր էներգիայի հարձակման արդյունքում:

Մետաղներում ատոմները ենթադրում են կանոնավոր կառուցվածքային դասավորվածություն՝ նրանց միջև սահմանված տարածություններով: Եթե ​​ատոմը տեղաշարժվում է, դատարկ տեղանքը կամ «թափուր տեղը» մնում է: Եթե ​​ճառագայթումը, ինչպես բիլիարդի գնդակը, տապալում է ատոմը իր տեղամասից և թողնում է ազատ տեղ, այդ ատոմը պետք է ինչ-որ տեղ գնա: Այն խցանում է բյուրեղի այլ ատոմների միջև՝ դառնալով ինտերստիցիալ:

Միաձուլման ռեակտորի նորմալ աշխատանքը դիվերտորին ենթարկում է շատ ցածր էներգիայի հելիումի ատոմների բարձր հոսքի: «Հելիումի իոնը բավականաչափ ուժգին չի հարվածում բիլիարդի գնդակի բախումը կատարելու համար, ուստի այն պետք է ներթափանցի ցանցի մեջ, որպեսզի սկսի պղպջակներ կամ այլ թերություններ ձևավորել», - բացատրեց Փերիշը:

Տեսաբաններ, ինչպիսիք են Բրայան Ուիրթը, UT-ORNL-ի նահանգապետի ամբիոնը, մոդելավորել են համակարգը և կարծում են, որ նյութը, որը տեղաշարժվում է ցանցից, երբ ձևավորվում են փուչիկները, դառնում է ճյուղերի կառուցման բլոկը: Հելիումի ատոմները պատահականորեն թափառում են ցանցի շուրջը, ասաց Փերիշը: Նրանք բախվում են այլ հելիումներին և միավորում ուժերը: Ի վերջո, կլաստերը բավականաչափ մեծ է, որպեսզի վոլֆրամի ատոմը տապալվի իր տեղից:

«Ամեն անգամ, երբ փուչիկը մեծանում է, այն հրում է վոլֆրամի ևս մի քանի ատոմ իրենց տեղամասերից, և նրանք պետք է ինչ-որ տեղ գնան: Նրանց գրավելու է մակերեսը»,- ասել է Փերիշը: «Դա, մենք հավատում ենք, այն մեխանիզմն է, որով ձևավորվում է այս նանոֆազը»:

Հաշվողական գիտնականները սիմուլյացիաներ են վարում սուպերհամակարգիչների վրա՝ ուսումնասիրելու նյութերը դրանց ատոմային մակարդակում, կամ նանոմետրի չափի և նանվայրկյանական ժամանակի սանդղակների վրա: Ինժեներներն ուսումնասիրում են, թե ինչպես են նյութերը փխրուն, ճաքճքվում և այլ կերպ վարվում պլազմայի հետ երկար ազդեցությունից հետո՝ սանտիմետր երկարությամբ և ժամային սանդղակով: «Սակայն այդ միջակայքում գիտությունը քիչ էր», - ասաց Փերիշը, ում փորձը լրացրեց այս գիտելիքների բացը` ուսումնասիրելու նյութի քայքայման առաջին նշանները և նանոտենդրիլների աճի վաղ փուլերը:

Այսպիսով, Fuzz-ը լավ է, թե վատ: «Fuzz-ը, ամենայն հավանականությամբ, կունենա և՛ վնասակար, և՛ օգտակար հատկություններ, բայց քանի դեռ դրա մասին ավելին չիմանանք, մենք չենք կարող ինժեներական նյութեր մշակել, որպեսզի փորձենք վերացնել վատը՝ միաժամանակ ընդգծելով լավը», - ասաց Փերիշը: Դրական կողմն այն է, որ մշուշոտ վոլֆրամը կարող է ջերմային բեռներ ընդունել, որոնք կարող են ճեղքել մեծածավալ վոլֆրամը, իսկ մշուշոտ վոլֆրամի էրոզիան 10 անգամ ավելի քիչ է, քան զանգվածային վոլֆրամը: Բացասական կողմում նանոտիլները կարող են պոկվել՝ ձևավորելով փոշի, որը կարող է սառեցնել պլազման: Գիտնականների հաջորդ նպատակն է իմանալ, թե ինչպես է նյութը զարգանում, և որքան հեշտ է նանոտիլները ջարդել մակերեսից:

ORNL-ի գործընկերները հրապարակել են սկանավորման էլեկտրոնային միկրոսկոպիայի վերջին փորձերը, որոնք լուսավորում են վոլֆրամի վարքը: Մեկ ուսումնասիրություն ցույց է տվել, որ ջիլերի աճը չի ընթանում որևէ նախընտրելի կողմնորոշմամբ: Մեկ այլ հետազոտություն ցույց տվեց, որ պլազմային ուղղված վոլֆրամի արձագանքը հելիումի ատոմի հոսքին վերածվել է միայն նանոֆազից (ցածր հոսքի դեպքում) մինչև նանոֆազի գումարած փուչիկների (բարձր հոսքի դեպքում):

Ընթացիկ հոդվածի վերնագիրն է «Հելիումի ազդեցության տակ աճեցված վոլֆրամի նանոտրիլների մորֆոլոգիաները»։