Reaktor fusi sejatine minangka botol magnetik sing ngemot proses sing padha sing kedadeyan ing srengenge. Bahan bakar Deuterium lan tritium sekring kanggo mbentuk uap ion helium, neutron lan panas. Nalika gas terionisasi iki - diarani plasma - ngobong, panas kasebut ditransfer menyang banyu kanggo nggawe uap kanggo nguripake turbin sing ngasilake listrik. Plasma superheated nyebabake ancaman pancet kanggo tembok reaktor lan divertor (sing mbusak sampah saka reaktor operasi kanggo njaga plasma panas cukup kanggo diobong).

"We lagi nyoba kanggo nemtokake prilaku dhasar saka plasma-madhep bahan karo goal luwih ngerti mekanisme degradasi supaya kita bisa engineer kuwat, bahan anyar," ngandika ilmuwan bahan Chad Parish saka Departemen Energi Oak Ridge National Laboratory. Dheweke dadi penulis senior sinau ing jurnal kasebutLaporan Ilmiahsing njelajah degradasi tungsten ing kondisi sing cocog karo reaktor.

Amarga tungsten nduweni titik leleh paling dhuwur saka kabeh logam, iku calon kanggo bahan plasma-madhep. Amarga brittleness, Nanging, pembangkit listrik komersial luwih kamungkinan digawe saka alloy tungsten utawa komposit. Ora preduli, sinau babagan cara bom atom sing energik mengaruhi tungsten mikroskopik mbantu para insinyur nambah bahan nuklir.

"Sajrone pembangkit listrik fusi yaiku insinyur lingkungan sing paling brutal sing wis dijaluk ngrancang bahan," ujare Parish. "Iku luwih elek tinimbang interior mesin jet."

Peneliti nyinaoni interaksi komponen plasma lan mesin kanggo nggawe bahan sing luwih cocog kanggo kahanan operasi sing angel. Keandalan bahan minangka masalah utama karo teknologi nuklir saiki lan anyar sing nduwe pengaruh signifikan marang biaya konstruksi lan operasi pembangkit listrik. Dadi, penting kanggo insinyur bahan supaya tahan banting sajrone siklus urip sing dawa.

Kanggo sinau saiki, peneliti ing Universitas California, San Diego, bombarded tungsten karo plasma helium ing energi kurang niru reaktor fusi ing kahanan normal. Sauntara kuwi, peneliti ing ORNL nggunakake Fasilitas Riset Ion Multicharged kanggo nyerang tungsten kanthi ion helium energi dhuwur sing niru kahanan sing langka, kayata gangguan plasma sing bisa nyimpen energi sing ora normal.

Nggunakake mikroskop elektron transmisi, scanning mikroskop elektron transmisi, scanning mikroskop elektron lan nanocrystallography elektron, para ilmuwan ditondoi évolusi umpluk ing kristal tungsten lan wangun lan wutah saka struktur disebut "tendrils" ing kahanan kurang lan dhuwur-energi. Dheweke ngirim conto menyang perusahaan sing diarani AppFive kanggo difraksi elektron presesi, teknik kristalografi elektron canggih, kanggo nyimpulake mekanisme pertumbuhan ing kahanan sing beda-beda.

Wis pirang-pirang taun, para ilmuwan ngerti manawa tungsten nanggapi plasma kanthi mbentuk sulur kristal ing skala milyar meter, utawa nanometer - jinis pekarangan cilik. Panliten saiki nemokake manawa sulur sing diprodhuksi dening bombardment energi sing luwih murah luwih alon, luwih alus lan luwih alus - mbentuk karpet bulu sing luwih padhet - tinimbang sing digawe kanthi serangan energi sing luwih dhuwur.

Ing logam, atom nganggep susunan struktur sing teratur kanthi spasi sing ditemtokake ing antarane. Yen atom dipindhah, situs kosong, utawa "kosong," tetep. Yen radiasi, kaya bal biliar, ngetokake atom saka situs kasebut lan ninggalake kekosongan, atom kasebut kudu pindhah menyang endi wae. Iku crams dhewe antarane atom liyane ing kristal, dadi interstisial.

Operasi fusi-reaktor normal nyedhiyakake divertor menyang fluks dhuwur saka atom helium energi sing sithik banget. "A ion helium ora kenek cukup hard kanggo nindakake tabrakan bal bilyar, supaya kudu nyelinep menyang kisi kanggo miwiti mbentuk gelembung utawa cacat liyane," Parish nerangake.

Ahli teori kaya Brian Wirth, Ketua Gubernur UT-ORNL, wis nggawe model sistem kasebut lan percaya yen materi sing dipindhah saka kisi nalika gelembung dibentuk dadi blok bangunan tendrils. Atom helium ngubengi kisi kanthi acak, ujare Paroki. Dheweke nabrak helium liyane lan gabung. Pungkasane kluster kasebut cukup gedhe kanggo ngalahake atom tungsten saka situs kasebut.

"Saben-saben gelembung tuwuh, bakal nyurung sawetara atom tungsten saka situs kasebut, lan dheweke kudu lunga menyang endi wae. Dheweke bakal kepincut menyang permukaan, "ujare Paroki. "Iki, kita percaya, yaiku mekanisme sing dibentuk nanofuzz ​​iki."

Ilmuwan komputasi nindakake simulasi ing superkomputer kanggo sinau materi ing tingkat atom, utawa ukuran nanometer lan skala wektu nanodetik. Insinyur njelajah carane bahan embrittle, retak, lan liya-liyane tumindak sawise dawa paparan plasma, ing dawa centimeter lan timbangan wektu jam. "Nanging ana sethitik ilmu ing antarane," ngandika Parish, kang eksperimen kapenuhan longkangan kawruh iki kanggo sinau pratandha pisanan saka degradasi materi lan orane tumrap sekolah awal saka nanotendril wutah.

Dadi fuzz apik utawa ala? "Fuzz kamungkinan duwe loro ngrugekake lan ono gunane sifat, nanging nganti kita ngerti liyane babagan, kita ora bisa engineer bahan kanggo nyoba kanggo ngilangke ala nalika accentuating apik," ngandika Parish. Kajaba iku, tungsten kabur bisa uga njupuk beban panas sing bakal ngrusak tungsten akeh, lan erosi 10 kali luwih murah tinimbang tungsten akeh. Ing sisih minus, nanotendrils bisa pecah, mbentuk bledug sing bisa adhem plasma. Tujuan sabanjure para ilmuwan yaiku sinau babagan evolusi materi lan carane gampang ngilangi nanotendril saka permukaan.

Mitra ORNL nerbitake eksperimen mikroskop elektron scanning anyar sing madhangi prilaku tungsten. Siji panaliten nuduhake wutah tendril ora diterusake ing orientasi sing disenengi. Penyelidikan liyane ngandhakake yen respon tungsten sing madhep plasma marang fluks atom helium berkembang saka nanofuzz ​​mung (ing fluks kurang) dadi nanofuzz ​​plus gelembung (ing fluks dhuwur).

Judhul kertas saiki yaiku "Morfologi nanotendril tungsten sing ditanam ing paparan helium."