Хайлуулах реактор нь үндсэндээ наранд тохиолддог ижил процессуудыг агуулсан соронзон сав юм. Дейтерий ба тритий түлш нь гелийн ион, нейтрон, дулааны уур үүсгэдэг. Плазма гэж нэрлэгддэг халуун, ионжсон хий шатах үед дулааныг ус руу шилжүүлж, цахилгаан үүсгэдэг турбинуудыг эргүүлдэг. Хэт халсан плазм нь реакторын хана болон диверторт байнга аюул учруулдаг (энэ нь плазмыг шатаахад хангалттай халуун байлгахын тулд ажиллаж байгаа реактороос хог хаягдлыг зайлуулдаг).

Эрчим хүчний яамны Оак Рижийн үндэсний лабораторийн материал судлаач Чад Париш хэлэхдээ "Бид задралын механизмыг илүү сайн ойлгохын тулд плазмын гадаргуутай материалын үндсэн үйл ажиллагааг тодорхойлохыг хичээж байна. Ингэснээр бид бат бөх, шинэ материалыг бүтээх боломжтой" гэж хэлэв. Тэрээр сэтгүүлд судалгааны ахлах зохиолч юмШинжлэх ухааны тайланреактортой холбоотой нөхцөлд вольфрамын задралыг судалсан.

Вольфрам нь бүх металуудаас хамгийн өндөр хайлах цэгтэй тул энэ нь плазмтай тулгардаг материалд нэр дэвшигч юм. Гэхдээ хэврэг шинж чанартай тул арилжааны цахилгаан станцыг вольфрамын хайлш эсвэл нийлмэл материалаар хийсэн байх магадлалтай. Гэсэн хэдий ч эрчим хүчний атомын бөмбөгдөлт нь вольфрамын микроскопоор хэрхэн нөлөөлдөг талаар мэдэх нь инженерүүдэд цөмийн материалыг сайжруулахад тусалдаг.

Париш хэлэхдээ: "Гүйлтийн цахилгаан станцын дотор инженерүүдээс хамгийн харгис хүрээлэн буй орчны материал бий болгохыг хүсдэг." "Энэ нь тийрэлтэт хөдөлгүүрийн дотоод заслаас ч дор юм."

Судлаачид плазм болон машины эд ангиудын харилцан үйлчлэлийг судалж, ийм хатуу ширүүн үйл ажиллагааны нөхцөлд тохирохоос ч илүү материалыг хийж байна. Материалын найдвартай байдал нь одоогийн болон шинэ цөмийн технологийн гол асуудал бөгөөд цахилгаан станцын барилгын болон ашиглалтын зардалд ихээхэн нөлөөлдөг. Тиймээс материалыг урт хугацааны туршид тэсвэрлэхийн тулд инженерчлэх нь маш чухал юм.

Одоогийн судалгаагаар Сан Диегогийн Калифорнийн Их Сургуулийн судлаачид ердийн нөхцөлд хайлуулах реакторыг дуурайлган бага энергитэй гелийн плазмаар вольфрамыг бөмбөгджээ. Үүний зэрэгцээ, ORNL-ийн судлаачид олон цэнэглэгдсэн ион судлалын байгууламжийг ашиглан плазмын тасалдал зэрэг ховор нөхцөлийг дуурайдаг өндөр энергитэй гелийн ионуудтай вольфрамыг довтлоход хэт их хэмжээний энерги хуримтлуулж болзошгүй юм.

Эрдэмтэд дамжуулагч электрон микроскоп, сканнер дамжуулагч электрон микроскоп, сканнерийн электрон микроскоп, электрон нанокристаллографи ашиглан гянтболдын талст дахь бөмбөлгүүдийн хувьсал өөрчлөлт, бага ба өндөр энергийн нөхцөлд "шөрмөс" гэж нэрлэгддэг бүтцийн хэлбэр, өсөлтийг тодорхойлсон. Тэд өөр өөр нөхцөлд өсөлтийн механизмыг дүгнэхийн тулд электрон кристаллографийн дэвшилтэт техник болох прецессийн электрон дифракцын шинжилгээнд зориулж дээжүүдийг AppFive нэртэй фирм рүү илгээсэн.

Хэдэн жилийн турш эрдэмтэд вольфрам нь метрийн тэрбум хуваасны нэг буюу нанометрийн хэмжээтэй талст шөрмөс буюу жижигхэн зүлэгжүүлэлт үүсгэж, плазмд хариу үйлдэл үзүүлдэг гэдгийг мэддэг болсон. Одоогийн судалгаагаар бага энергитэй бөмбөгдөлтөөс үүссэн шөрмөс нь өндөр энергитэй довтолгооноос үүссэнээс илүү удаан ургаж, илүү нарийн, гөлгөр болж, өтгөн хивс үүсгэдэг болохыг тогтоожээ.

Металлын хувьд атомууд нь тэдгээрийн хооронд тодорхой зайтай, эмх цэгцтэй бүтцийн зохион байгуулалттай байдаг. Хэрэв атом шилжсэн бол хоосон газар буюу "хоосон орон" үлдэнэ. Хэрэв цацраг туяа нь билльярдын бөмбөг шиг атомыг байрнаасаа таслан, хоосон орон зай үлдээвэл тэр атом хаа нэгтээ явах ёстой. Энэ нь болор дахь бусад атомуудын хооронд шахагдаж, завсрын элемент болдог.

Хэвийн хайлуулах реакторын ажиллагаа нь диверторыг маш бага энергитэй гелийн атомын өндөр урсгалд хүргэдэг. "Гелий ион нь бильярдын бөмбөгийг мөргөлдөхөд хангалттай хүчтэй цохилт өгөхгүй байгаа тул бөмбөлөг болон бусад согог үүсгэж эхлэхийн тулд тор руу сэм орох ёстой" гэж Париш тайлбарлав.

UT-ORNL-ийн захирагчийн дарга Брайан Вирт зэрэг онолчид уг системийг загварчилж, бөмбөлөг үүсэх үед торноос гадагшилдаг материал нь шөрмөсний барилгын материал болдог гэж үздэг. Гелийн атомууд торны эргэн тойронд санамсаргүй байдлаар эргэлддэг гэж Париш хэлэв. Тэд бусад гелийтэй мөргөлдөж, хүчээ нэгтгэдэг. Эцсийн эцэст кластер нь вольфрамын атомыг өөрийн талбайгаас таслах хангалттай том юм.

“Хөөс томрох болгондоо хэд хэдэн гянтболдын атомыг өөр газар руу түлхэж, тэд хаа нэгтээ явах хэрэгтэй болдог. Тэд гадаргуу дээр татагдах болно" гэж Париш хэлэв. "Энэ бол энэхүү нанофузийг үүсгэдэг механизм гэдэгт бид итгэдэг."

Тооцооллын эрдэмтэд материалыг атомын түвшинд буюу нанометрийн хэмжээ, нано секундын масштабаар судлахын тулд супер компьютер дээр симуляци хийдэг. Инженерүүд плазмад удаан хугацаагаар өртсөний дараа материал хэрхэн хэврэгшиж, хагарч, өөр байдлаар ажилладагийг сантиметр урт, цагийн хуваарийн дагуу судалдаг. "Гэхдээ энэ хооронд шинжлэх ухаан бага байсан" гэж Париш хэлэхдээ, материаллаг доройтлын анхны шинж тэмдгүүд болон наноендрил ургах эхний үе шатыг судлахын тулд энэхүү мэдлэгийн цоорхойг нөхсөн туршилт хийсэн.

Тэгэхээр fuzz сайн уу эсвэл муу юу? "Fuzz нь хор хөнөөлтэй, ашигтай шинж чанартай байх магадлалтай, гэхдээ бид энэ талаар илүү ихийг мэдэх хүртлээ сайн талыг онцолж, мууг арилгахын тулд материалыг боловсруулж чадахгүй" гэж Париш хэлэв. Сайн тал нь бүдэг бадаг вольфрам нь их хэмжээний вольфрамыг хагарах дулааны ачааллыг авч болох ба элэгдэл нь бүдгэрсэн вольфрамаас 10 дахин бага байдаг. Хасах тал дээр наноэндрил нь тасарч, плазмыг хөргөх тоос үүсгэдэг. Эрдэмтдийн дараагийн зорилго бол материал хэрхэн хувьсан өөрчлөгдөж, нанотендрүүдийг гадаргуугаас салгахад хэр хялбар болохыг олж мэдэх явдал юм.

ORNL-ийн түншүүд вольфрамын үйл ажиллагааг гэрэлтүүлдэг электрон микроскопийн сүүлийн үеийн туршилтуудыг нийтлэв. Нэгэн судалгаагаар шөрмөсний ургалт ямар ч илүүд үздэг чиглэлд явагдаагүй болохыг харуулсан. Өөр нэг судалгаагаар сийвэнтэй харьцах гянтболдын гелийн атомын урсгалд үзүүлэх хариу урвал нь зөвхөн нанофуцаас (бага урсгалтай) нанофуз дээр нэмсэн бөмбөлөгүүд (өндөр урсгалтай үед) болж хувирсан болохыг илрүүлсэн.

Энэ удаагийн нийтлэлийн гарчиг нь "Гелиумын нөлөөн дор ургасан вольфрамын нанотендрилүүдийн морфологи" юм.