സൂര്യനിൽ സംഭവിക്കുന്ന അതേ പ്രക്രിയകൾ അടങ്ങിയ ഒരു കാന്തിക കുപ്പിയാണ് ഫ്യൂഷൻ റിയാക്ടർ. ഡ്യൂറ്റീരിയം, ട്രിറ്റിയം ഇന്ധനങ്ങൾ സംയോജിപ്പിച്ച് ഹീലിയം അയോണുകളുടെയും ന്യൂട്രോണുകളുടെയും താപത്തിൻ്റെയും നീരാവി രൂപപ്പെടുന്നു. ഈ ചൂടുള്ള, അയോണൈസ്ഡ് വാതകം - പ്ലാസ്മ എന്നറിയപ്പെടുന്ന - കത്തുന്നതിനാൽ, വൈദ്യുതി ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്ന ടർബൈനുകളെ തിരിക്കാൻ നീരാവി ഉണ്ടാക്കുന്നതിനായി ആ താപം വെള്ളത്തിലേക്ക് കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടുന്നു. സൂപ്പർഹീറ്റഡ് പ്ലാസ്മ റിയാക്ടർ മതിലിനും ഡൈവേർട്ടറിനും നിരന്തരമായ ഭീഷണി ഉയർത്തുന്നു (ഇത് പ്ലാസ്മയെ കത്തിക്കാൻ ആവശ്യമായ ചൂട് നിലനിർത്താൻ ഓപ്പറേറ്റിംഗ് റിയാക്ടറിൽ നിന്ന് മാലിന്യങ്ങൾ നീക്കം ചെയ്യുന്നു).

“നശീകരണ സംവിധാനങ്ങൾ നന്നായി മനസ്സിലാക്കുക എന്ന ലക്ഷ്യത്തോടെ പ്ലാസ്മ അഭിമുഖീകരിക്കുന്ന വസ്തുക്കളുടെ അടിസ്ഥാന സ്വഭാവം നിർണ്ണയിക്കാൻ ഞങ്ങൾ ശ്രമിക്കുന്നു, അതിനാൽ ഞങ്ങൾക്ക് കരുത്തുറ്റതും പുതിയതുമായ മെറ്റീരിയലുകൾ നിർമ്മിക്കാൻ കഴിയും,” ഊർജ്ജ വകുപ്പിൻ്റെ ഓക്ക് റിഡ്ജ് നാഷണൽ ലബോറട്ടറിയിലെ മെറ്റീരിയൽ സയൻ്റിസ്റ്റ് ചാഡ് പാരിഷ് പറഞ്ഞു. ജേണലിലെ ഒരു പഠനത്തിൻ്റെ മുതിർന്ന എഴുത്തുകാരനാണ് അദ്ദേഹംശാസ്ത്രീയ റിപ്പോർട്ടുകൾറിയാക്ടറുമായി ബന്ധപ്പെട്ട സാഹചര്യങ്ങളിൽ ടങ്സ്റ്റണിൻ്റെ അപചയം പര്യവേക്ഷണം ചെയ്തു.

ടങ്സ്റ്റണിന് എല്ലാ ലോഹങ്ങളുടെയും ഏറ്റവും ഉയർന്ന ദ്രവണാങ്കം ഉള്ളതിനാൽ, ഇത് പ്ലാസ്മയെ അഭിമുഖീകരിക്കുന്ന വസ്തുക്കളുടെ സ്ഥാനാർത്ഥിയാണ്. എന്നിരുന്നാലും, അതിൻ്റെ പൊട്ടുന്ന സ്വഭാവം കാരണം, ഒരു വാണിജ്യ പവർ പ്ലാൻ്റ് ഒരു ടങ്സ്റ്റൺ അലോയ് അല്ലെങ്കിൽ സംയുക്തം ഉപയോഗിച്ചാണ് നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നത്. എന്തുതന്നെയായാലും, ഊർജ്ജസ്വലമായ അണുബോംബാർമെൻ്റ് ടങ്സ്റ്റണിനെ സൂക്ഷ്മതലത്തിൽ എങ്ങനെ ബാധിക്കുന്നു എന്നതിനെക്കുറിച്ച് പഠിക്കുന്നത് ആണവ സാമഗ്രികൾ മെച്ചപ്പെടുത്താൻ എഞ്ചിനീയർമാരെ സഹായിക്കുന്നു.

"ഒരു ഫ്യൂഷൻ പവർ പ്ലാൻ്റിനുള്ളിൽ, മെറ്റീരിയലുകൾ രൂപകൽപ്പന ചെയ്യാൻ ഇതുവരെ ആവശ്യപ്പെട്ടിട്ടുള്ളതിൽ വച്ച് ഏറ്റവും ക്രൂരമായ പരിസ്ഥിതി എഞ്ചിനീയർമാരാണ്," പാരിഷ് പറഞ്ഞു. "ഇത് ഒരു ജെറ്റ് എഞ്ചിൻ്റെ ഇൻ്റീരിയറിനേക്കാൾ മോശമാണ്."

അത്തരം കഠിനമായ പ്രവർത്തന സാഹചര്യങ്ങളുമായി പൊരുത്തപ്പെടുന്നതിനേക്കാൾ കൂടുതൽ മെറ്റീരിയലുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നതിന് പ്ലാസ്മയുടെയും യന്ത്ര ഘടകങ്ങളുടെയും പ്രതിപ്രവർത്തനം ഗവേഷകർ പഠിക്കുന്നു. വൈദ്യുത നിലയങ്ങളുടെ നിർമ്മാണത്തിലും പ്രവർത്തനച്ചെലവിലും കാര്യമായ സ്വാധീനം ചെലുത്തുന്ന നിലവിലുള്ളതും പുതിയതുമായ ആണവ സാങ്കേതികവിദ്യകളിലെ പ്രധാന പ്രശ്നമാണ് മെറ്റീരിയലുകളുടെ വിശ്വാസ്യത. അതിനാൽ ദൈർഘ്യമേറിയ ജീവിതചക്രങ്ങളിൽ കാഠിന്യത്തിനായി മെറ്റീരിയലുകൾ നിർമ്മിക്കുന്നത് വളരെ പ്രധാനമാണ്.

നിലവിലെ പഠനത്തിനായി, സാൻ ഡീഗോയിലെ കാലിഫോർണിയ സർവകലാശാലയിലെ ഗവേഷകർ, സാധാരണ അവസ്ഥയിൽ ഒരു ഫ്യൂഷൻ റിയാക്ടറിനെ അനുകരിക്കുന്ന കുറഞ്ഞ ഊർജ്ജത്തിൽ ഹീലിയം പ്ലാസ്മ ഉപയോഗിച്ച് ടങ്സ്റ്റൺ ബോംബെറിഞ്ഞു. അതേസമയം, ORNL-ലെ ഗവേഷകർ മൾട്ടിചാർജ്ഡ് അയോൺ റിസർച്ച് ഫെസിലിറ്റി ഉപയോഗിച്ച് ടങ്സ്റ്റണിനെ ഉയർന്ന ഊർജ ഹീലിയം അയോണുകൾ ഉപയോഗിച്ച് ആക്രമിക്കാൻ ഉപയോഗിച്ചു, ഇത് പ്ലാസ്മ തടസ്സം പോലെയുള്ള അസാധാരണമായ ഊർജ്ജം നിക്ഷേപിച്ചേക്കാം.

ട്രാൻസ്മിഷൻ ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പി, സ്കാനിംഗ് ട്രാൻസ്മിഷൻ ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പി, സ്കാനിംഗ് ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പി, ഇലക്ട്രോൺ നാനോ ക്രിസ്റ്റലോഗ്രാഫി എന്നിവ ഉപയോഗിച്ച്, ടങ്സ്റ്റൺ ക്രിസ്റ്റലിലെ കുമിളകളുടെ പരിണാമവും താഴ്ന്നതും ഉയർന്നതുമായ സാഹചര്യങ്ങളിൽ "ടെൻഡ്രിൽ" എന്ന് വിളിക്കപ്പെടുന്ന ഘടനകളുടെ രൂപവും വളർച്ചയും ശാസ്ത്രജ്ഞർ ചിത്രീകരിച്ചു. വ്യത്യസ്ത സാഹചര്യങ്ങളിൽ വളർച്ചാ സംവിധാനങ്ങൾ അനുമാനിക്കുന്നതിനായി അവർ ആപ്പ്ഫൈവ് എന്ന സ്ഥാപനത്തിലേക്ക് സാമ്പിളുകൾ അയച്ചു.

ഒരു മീറ്ററിൻ്റെ ശതകോടിക്കണക്കിന് അല്ലെങ്കിൽ നാനോമീറ്ററുകളുടെ സ്കെയിലിൽ ക്രിസ്റ്റലിൻ ടെൻഡ്രോളുകൾ രൂപീകരിച്ചുകൊണ്ട് ടങ്സ്റ്റൺ പ്ലാസ്മയോട് പ്രതികരിക്കുന്നുവെന്ന് കുറച്ച് വർഷങ്ങളായി ശാസ്ത്രജ്ഞർക്ക് അറിയാം - ഒരു ചെറിയ പുൽത്തകിടി. ഉയർന്ന ഊർജ്ജ ആക്രമണത്തിലൂടെ സൃഷ്ടിക്കപ്പെട്ടവയെ അപേക്ഷിച്ച് താഴ്ന്ന ഊർജ്ജ സ്ഫോടനത്തിലൂടെ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്ന ടെൻഡ്രലുകൾ സാവധാനത്തിൽ വളരുന്നതും സൂക്ഷ്മവും മിനുസമാർന്നതുമാണ്-അടയാളത്തിൻ്റെ സാന്ദ്രമായ പരവതാനി രൂപപ്പെടുത്തുന്നതായി നിലവിലെ പഠനം കണ്ടെത്തി.

ലോഹങ്ങളിൽ, ആറ്റങ്ങൾ അവയ്ക്കിടയിൽ നിർവചിക്കപ്പെട്ട ഇടങ്ങളുള്ള ഒരു ചിട്ടയായ ഘടനാപരമായ ക്രമീകരണം അനുമാനിക്കുന്നു. ഒരു ആറ്റം സ്ഥാനഭ്രംശം സംഭവിച്ചാൽ, ഒരു ശൂന്യമായ സൈറ്റ് അല്ലെങ്കിൽ "ഒഴിവ്" അവശേഷിക്കുന്നു. ഒരു ബില്യാർഡ് ബോൾ പോലെയുള്ള വികിരണം, അതിൻ്റെ സൈറ്റിൽ നിന്ന് ഒരു ആറ്റത്തെ തട്ടിയിട്ട് ഒരു ഒഴിവ് വിട്ടാൽ, ആ ആറ്റം എവിടെയെങ്കിലും പോകണം. ക്രിസ്റ്റലിലെ മറ്റ് ആറ്റങ്ങൾക്കിടയിൽ അത് സ്വയം ഒതുങ്ങി, ഒരു ഇൻ്റർസ്റ്റീഷ്യൽ ആയി മാറുന്നു.

സാധാരണ ഫ്യൂഷൻ-റിയാക്റ്റർ പ്രവർത്തനം ഡൈവേർട്ടറിനെ വളരെ കുറഞ്ഞ ഊർജമുള്ള ഹീലിയം ആറ്റങ്ങളുടെ ഉയർന്ന പ്രവാഹത്തിലേക്ക് തുറന്നുകാട്ടുന്നു. "ബില്യാർഡ് ബോൾ കൂട്ടിയിടി നടത്താൻ ഒരു ഹീലിയം അയോൺ ശക്തമായി അടിക്കുന്നില്ല, അതിനാൽ കുമിളകളോ മറ്റ് തകരാറുകളോ രൂപപ്പെടാൻ അത് ലാറ്റിസിലേക്ക് കടക്കേണ്ടതുണ്ട്," പാരിഷ് വിശദീകരിച്ചു.

UT-ORNL ഗവർണറുടെ ചെയർ ആയ ബ്രയാൻ വിർത്തിനെപ്പോലുള്ള സൈദ്ധാന്തികർ ഈ സംവിധാനത്തെ മാതൃകയാക്കുകയും കുമിളകൾ രൂപപ്പെടുമ്പോൾ ലാറ്റിസിൽ നിന്ന് സ്ഥാനഭ്രംശം സംഭവിക്കുന്ന വസ്തുക്കൾ ടെൻഡ്രോളുകളുടെ നിർമ്മാണ ബ്ലോക്കുകളായി മാറുകയും ചെയ്യുന്നു. ഹീലിയം ആറ്റങ്ങൾ ക്രമരഹിതമായി ലാറ്റിസിന് ചുറ്റും അലഞ്ഞുനടക്കുന്നു, പാരിഷ് പറഞ്ഞു. അവർ മറ്റ് ഹീലിയങ്ങളുമായി കൂട്ടിയിടിച്ച് ശക്തിയിൽ ചേരുന്നു. ആത്യന്തികമായി, ക്ലസ്റ്റർ ഒരു ടങ്സ്റ്റൺ ആറ്റത്തെ അതിൻ്റെ സൈറ്റിൽ നിന്ന് തട്ടിയെടുക്കാൻ പര്യാപ്തമാണ്.

“കുമിള വളരുമ്പോഴെല്ലാം അത് അവരുടെ സൈറ്റുകളിൽ നിന്ന് രണ്ട് ടങ്സ്റ്റൺ ആറ്റങ്ങളെ തള്ളുന്നു, അവർക്ക് എവിടെയെങ്കിലും പോകേണ്ടിവരും. അവർ ഉപരിതലത്തിലേക്ക് ആകർഷിക്കപ്പെടാൻ പോകുന്നു,” പാരിഷ് പറഞ്ഞു. "അതാണ്, ഈ നാനോഫസ് രൂപപ്പെടുന്ന സംവിധാനം എന്ന് ഞങ്ങൾ വിശ്വസിക്കുന്നു."

കംപ്യൂട്ടേഷണൽ ശാസ്ത്രജ്ഞർ അവയുടെ ആറ്റോമിക് ലെവലിൽ അല്ലെങ്കിൽ നാനോമീറ്റർ വലിപ്പവും നാനോസെക്കൻഡ് സമയ സ്കെയിലുകളും പഠിക്കാൻ സൂപ്പർ കമ്പ്യൂട്ടറുകളിൽ സിമുലേഷനുകൾ പ്രവർത്തിപ്പിക്കുന്നു. പ്ലാസ്മയുമായി ദീർഘനേരം എക്സ്പോഷർ ചെയ്‌തതിന് ശേഷം മെറ്റീരിയലുകൾ എങ്ങനെ പൊട്ടുന്നു, പൊട്ടുന്നു, അതുപോലെ പെരുമാറുന്നു എന്ന് എഞ്ചിനീയർമാർ പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യുന്നു, സെൻ്റീമീറ്റർ നീളത്തിലും മണിക്കൂർ സമയ സ്കെയിലുകളിലും. "എന്നാൽ അതിനിടയിൽ കുറച്ച് ശാസ്ത്രം മാത്രമേ ഉണ്ടായിരുന്നുള്ളൂ," പാരിഷ് പറഞ്ഞു, ഭൗതികമായ അപചയത്തിൻ്റെ ആദ്യ ലക്ഷണങ്ങളും നാനോഡെൻഡ്രിൽ വളർച്ചയുടെ പ്രാരംഭ ഘട്ടങ്ങളും പഠിക്കാനുള്ള ഈ വിജ്ഞാന വിടവ് നികത്തിയ പരീക്ഷണം.

അപ്പോൾ ഫസ് നല്ലതോ ചീത്തയോ? "Fuzz-ന് ഹാനികരവും പ്രയോജനകരവുമായ ഗുണങ്ങളുണ്ടാകാൻ സാധ്യതയുണ്ട്, എന്നാൽ അതിനെക്കുറിച്ച് കൂടുതലറിയുന്നത് വരെ, നല്ലതിന് ഊന്നൽ നൽകുമ്പോൾ മോശമായത് ഇല്ലാതാക്കാൻ ശ്രമിക്കുന്നതിന് മെറ്റീരിയലുകൾ തയ്യാറാക്കാൻ ഞങ്ങൾക്ക് കഴിയില്ല," പാരിഷ് പറഞ്ഞു. പ്ലസ് വശത്ത്, ഫസി ടങ്സ്റ്റൺ ബൾക്ക് ടങ്സ്റ്റണിനെ തകർക്കുന്ന ചൂട് ലോഡ് എടുത്തേക്കാം, ബൾക്ക് ടങ്സ്റ്റണേക്കാൾ 10 മടങ്ങ് കുറവാണ് മണ്ണൊലിപ്പ്. മൈനസ് സൈഡിൽ, പ്ലാസ്മയെ തണുപ്പിക്കാൻ കഴിയുന്ന ഒരു പൊടി രൂപപ്പെടാൻ നാനോഡെൻഡ്രോലുകൾക്ക് കഴിയും. ശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ അടുത്ത ലക്ഷ്യം പദാർത്ഥം എങ്ങനെ പരിണമിക്കുന്നുവെന്നും ഉപരിതലത്തിൽ നിന്ന് നാനോ ഇന്ദ്രിയങ്ങളെ തകർക്കുന്നത് എത്ര എളുപ്പമാണെന്നും പഠിക്കുക എന്നതാണ്.

ORNL പങ്കാളികൾ ടങ്സ്റ്റൺ സ്വഭാവത്തെ പ്രകാശിപ്പിക്കുന്ന സമീപകാല സ്കാനിംഗ് ഇലക്ട്രോൺ മൈക്രോസ്കോപ്പി പരീക്ഷണങ്ങൾ പ്രസിദ്ധീകരിച്ചു. ഒരു പഠനം കാണിക്കുന്നത് ടെൻഡ്രിൽ വളർച്ച ഏതെങ്കിലും മുൻഗണനാ ഓറിയൻ്റേഷനിൽ നടന്നിട്ടില്ല എന്നാണ്. മറ്റൊരു അന്വേഷണത്തിൽ, ഹീലിയം ആറ്റം ഫ്ളക്സിലേക്കുള്ള പ്ലാസ്മ അഭിമുഖീകരിക്കുന്ന ടങ്സ്റ്റണിൻ്റെ പ്രതികരണം നാനോഫസ്സിൽ നിന്ന് (കുറഞ്ഞ ഫ്ലക്സിൽ) നാനോഫസ് പ്ലസ് കുമിളകളിലേക്ക് (ഉയർന്ന ഫ്ലക്സിൽ) പരിണമിച്ചതായി കണ്ടെത്തി.

നിലവിലെ പേപ്പറിൻ്റെ തലക്കെട്ട് "ഹീലിയം എക്സ്പോഷറിന് കീഴിൽ വളരുന്ന ടങ്സ്റ്റൺ നാനോഡെൻഡ്രോളുകളുടെ രൂപഘടനകൾ" എന്നാണ്.