А термоядролук реактор, негизинен, магниттик бөтөлкө болуп саналат. Дейтерий жана тритий күйүүчү майлар биригип, гелий иондорун, нейтрондорду жана жылуулукту пайда кылат. Плазма деп аталган бул ысык, иондоштурулган газ күйүп жатканда, ал жылуулук электр энергиясын өндүрүүчү турбиналарды айлантуу үчүн буу жасоо үчүн сууга өтөт. Өтө ысып кеткен плазма реактордун дубалына жана диверторго дайыма коркунуч жаратат (ал плазманы күйгүзүү үчүн жетиштүү ысык кармоо үчүн иштеп жаткан реактордон калдыктарды чыгарат).

Энергетика департаментинин Oak Ridge Улуттук лабораториясынын материал таануучусу Чад Пэриш: "Биз деградация механизмдерин жакшыраак түшүнүү максатында плазма менен бетме-бет келген материалдардын фундаменталдык жүрүм-турумун аныктоого аракет кылып жатабыз. Ал журналдагы изилдөөнүн улук авторуИлимий докладдарреакторго тиешелүү шарттарда вольфрамдын бузулушун изилдеген.

Вольфрам бардык металлдардын эң жогорку эрүү температурасына ээ болгондуктан, ал плазма менен бетме-бет келген материалдар үчүн талапкер болуп саналат. Бирок анын морттугунан улам коммерциялык электр станциясы вольфрам эритмесинен же композиттен жасалышы мүмкүн. Кандай болбосун, энергетикалык атомдук бомбалоо вольфрамга микроскопиялык жактан кандай таасир этээрин билүү инженерлерге өзөктүк материалдарды жакшыртууга жардам берет.

"Фижналдык электр станциясынын ичинде эң катаал чөйрө инженерлеринен материалдарды иштеп чыгууну суранышкан" деди Париж. "Бул реактивдүү мотордун ички жасалгасынан да жаман."

Окумуштуулар плазма менен машина тетиктеринин өз ара аракеттенүүсүн изилдеп, мындай катаал иштөө шарттарына дал келбеген материалдарды жасап жатышат. Материалдардын ишенимдүүлүгү электр станцияларынын курулушуна жана эксплуатациялык чыгымдарына олуттуу таасирин тийгизген учурдагы жана жаңы өзөктүк технологиялардын негизги маселеси болуп саналат. Ошентип, узак өмүр бою чыдамкайлык үчүн инженердик материалдар абдан маанилүү.

Учурдагы изилдөө үчүн Калифорния университетинин изилдөөчүлөрү, Сан-Диего, вольфрамды гелий плазмасы менен кадимки шарттарда синтез реакторуна окшоштуруп, аз энергия менен бомбалашты. Ошол эле учурда, ORNL изилдөөчүлөрү Multicharged Ion Research Facility аркылуу вольфрамды жогорку энергиялуу гелий иондору менен сейрек кездешүүчү шарттарды, мисалы, анормалдуу чоң көлөмдөгү энергияны топтоо мүмкүн болгон плазманын бузулушуна окшоштурган.

Өткөрүүчү электрондук микроскопияны, сканерлөөчү электрондук микроскопту, сканерлөөчү электрондук микроскопту жана электрондук нанокристаллографияны колдонуп, илимпоздор вольфрам кристаллындагы көбүктөрдүн эволюциясын жана аз жана жогорку энергиялуу шарттарда "тармактар" деп аталган структуралардын формасын жана өсүшүн мүнөздөштү. Алар үлгүлөрдү AppFive деп аталган фирмага прецессиялык электрондордун дифракциясы, өнүккөн электрондук кристаллография ыкмасы, ар кандай шарттарда өсүү механизмдерин тыянак чыгаруу үчүн жөнөтүштү.

Бир нече жылдан бери илимпоздор вольфрам плазмага жооп берип, метрдин миллиарддан бир бөлүгүндөгү кристаллдык тарамыштарды же нанометрлерди — кичинекей газонду пайда кылаарын билишкен. Учурдагы изилдөө төмөнкү энергиялуу бомбалоонун натыйжасында пайда болгон тарамыштар жайыраак өсүп, майдараак жана жылмакай болуп, жогорку энергиялуу чабуулга караганда жыш килемди түзөөрүн аныктады.

Металлдарда атомдор алардын ортосунда белгиленген мейкиндиктер менен иреттүү структуралык түзүлүшкө ээ. Атом ордунан жылса, бош жер же “боштук” калат. Эгерде радиация бильярд тобу сыяктуу атомду өз жеринен кулатып, бош орун калтырса, ал атом бир жакка кетиши керек. Ал кристаллдагы башка атомдордун ортосуна тыгылып, интерстициалга айланат.

Кадимки синтез реакторунун иштеши диверторду өтө аз энергиялуу гелий атомдорунун жогорку агымына дуушар кылат. "Гелий иону бильярд тобунун кагылышуусуна жетишерлик катуу тийбейт, ошондуктан көбүкчөлөрдү же башка кемчиликтерди пайда кылуу үчүн тордун ичине кирип кетиши керек", - деп түшүндүрдү Париж.

UT-ORNL губернаторунун төрагасы Брайан Вирт сыяктуу теоретиктер системаны моделдешти жана көбүкчөлөр пайда болгондо тордон жылып кеткен материал тарамыштардын курулуш материалы болуп калат деп ишенишет. Париждин айтымында, гелий атомдору тордун айланасында туш келди айланып жүрөт. Алар башка гелимдер менен сүзүшүп, күчтөрдү бириктиришет. Акыр-аягы, кластер өз сайтынан вольфрам атомун кулатууга жетиштүү чоң.

«Көбүк өскөн сайын ал дагы бир нече вольфрам атомдорун өз сайттарынан түртүп жиберет жана алар бир жакка кетүүгө аргасыз болушат. Алар жер бетине тартылат ”деди Париш. "Бул, биз ишенебиз, бул нанопазды пайда кылуучу механизм."

Эсептөөчү илимпоздор материалдарды атомдук деңгээлде, же нанометр өлчөмүндө жана наносекунддук убакыт масштабында изилдөө үчүн суперкомпьютерлерде симуляцияларды жүргүзүшөт. Инженерлер плазманын узакка созулган таасиринен кийин материалдардын кандайча морт болуп кетээрин, жаракаларын жана башка жол менен жүрүш-турушун сантиметрлик узундукта жана сааттык убакыттын масштабында изилдешет. "Бирок ортосунда илим аз эле" деди Париж, анын эксперименти материалдык деградациянын алгачкы белгилерин жана нанотендрилдин өсүшүнүн алгачкы баскычтарын изилдөө үчүн бул билим боштугун толтурду.

Ошентип, былжыр жакшыбы же жаманбы? "Фузз зыяндуу да, пайдалуу да касиеттерге ээ болушу мүмкүн, бирок биз ал жөнүндө көбүрөөк билмейинче, жакшыны баса белгилеп, жамандыкты жок кылууга аракет кылуу үчүн материалдарды иштеп чыга албайбыз" деди Париш. Жакшы жагы, бүдөмүк вольфрам жапырт вольфрамды жарып жибере турган жылуулук жүктөрүн кабыл алышы мүмкүн, ал эми эрозия бүдөмүк вольфрамга караганда 10 эсе аз. Минус тарабында нанотендрилдер үзүлүп, плазманы муздата турган чаңды пайда кылышы мүмкүн. Окумуштуулардын кийинки максаты - материалдын кантип эволюциялашканын жана нанотендрилдерди жер бетинен алыстатуу канчалык оңой экенин билүү.

ORNL өнөктөштөрү вольфрамдын жүрүм-турумун чагылдырган акыркы сканерлөөчү электрондук микроскопиялык эксперименттерди жарыялашты. Бир изилдөө тарамыштардын өсүшү эч кандай артыкчылыктуу багытта жүрбөгөнүн көрсөттү. Дагы бир изилдөө көрсөткөндөй, плазманы караган вольфрамдын гелий атомунун агымына реакциясы нанофуздан гана (төмөн агымда) нанофузга жана көбүкчөлөргө (жогорку агымда) эволюцияланган.

Учурдагы макаланын аталышы "Гелийдин таасири астында өстүрүлгөн вольфрам нанотендрилдеринин морфологиялары".