Reattur tal-fużjoni huwa essenzjalment flixkun manjetiku li fih l-istess proċessi li jseħħu fix-xemx. Il-fjuwils tad-dewterju u tat-tritju jingħaqdu biex jiffurmaw fwar ta 'jonji tal-elju, newtroni u sħana. Hekk kif dan il-gass sħun u jonizzat—imsejjaħ plażma—jinħaraq, dik is-sħana tiġi trasferita għall-ilma biex jagħmel il-fwar biex idawwar it-turbini li jiġġeneraw l-elettriku. Il-plażma msaħħna żżejjed toħloq theddida kostanti għall-ħajt tar-reattur u d-divertor (li tneħħi l-iskart mir-reattur operattiv biex iżżomm il-plażma sħuna biżżejjed biex tinħaraq).

"Qed nippruvaw niddeterminaw l-imġieba fundamentali tal-materjali li jiffaċċjaw il-plażma bil-għan li nifhmu aħjar il-mekkaniżmi ta 'degradazzjoni sabiex inkunu nistgħu nħejju materjali robusti u ġodda," qal ix-xjenzat tal-materjali Chad Parish tal-Laboratorju Nazzjonali Oak Ridge tad-Dipartiment tal-Enerġija. Huwa awtur anzjan ta 'studju fil-ġurnalRapporti Xjentifiċili esplorat id-degradazzjoni tat-tungstenu taħt kundizzjonijiet rilevanti għar-reattur.

Minħabba li t-tungstenu għandu l-ogħla punt tat-tidwib tal-metalli kollha, huwa kandidat għal materjali li jiffaċċjaw il-plażma. Minħabba l-fraġilità tiegħu, madankollu, impjant tal-enerġija kummerċjali x'aktarx ikun magħmul minn liga tat-tungstenu jew kompost. Indipendentement, it-tagħlim dwar kif il-bumbardament atomiku enerġetiku jaffettwa t-tungstenu mikroskopikament jgħin lill-inġiniera jtejbu l-materjali nukleari.

"Ġewwa impjant tal-enerġija mill-fużjoni hemm l-iktar inġiniera tal-ambjent brutali li qatt intalbu jiddisinjaw materjali għalih," qalet Parish. "Huwa agħar minn ġewwa ta 'magna tal-ġett."

Ir-riċerkaturi qed jistudjaw l-interazzjoni tal-komponenti tal-plażma u tal-magni biex jagħmlu materjali li huma aktar minn taqbila għal kundizzjonijiet operattivi ħarxa bħal dawn. L-affidabbiltà tal-materjali hija kwistjoni ewlenija mat-teknoloġiji nukleari attwali u ġodda li għandha impatt sinifikanti fuq l-ispejjeż tal-kostruzzjoni u tal-operat tal-impjanti tal-enerġija. Għalhekk huwa kritiku li jinġiebu materjali għar-reżistenza fuq ċikli ta 'ħajja twal.

Għall-istudju attwali, riċerkaturi fl-Università ta 'California, San Diego, ibbumbardjaw tungstenu bil-plażma tal-elju f'enerġija baxxa li jimitaw reattur tal-fużjoni taħt kundizzjonijiet normali. Sadanittant, riċerkaturi fl-ORNL użaw il-Faċilità ta 'Riċerka tal-Ion Multicharged biex jattakkaw it-tungstenu b'jonji tal-elju ta' enerġija għolja li jimitaw kundizzjonijiet rari, bħal tfixkil fil-plażma li jista 'jiddepożita ammont anormalment kbir ta' enerġija.

Bl-użu ta 'mikroskopija elettronika ta' trażmissjoni, mikroskopija elettronika ta 'trażmissjoni ta' skannjar, mikroskopija ta 'elettroni ta' skannjar u nanokristallografija elettronika, ix-xjentisti kkaratterizzaw l-evoluzzjoni tal-bżieżaq fil-kristall tat-tungstenu u l-forma u t-tkabbir ta 'strutturi msejħa "tendrils" taħt kundizzjonijiet ta' enerġija baxxa u għolja. Huma bagħtu l-kampjuni lil ditta msejħa AppFive għad-diffrazzjoni tal-elettroni tal-preċessjoni, teknika avvanzata tal-kristallografija tal-elettroni, biex tiddeduċi mekkaniżmi ta 'tkabbir taħt kundizzjonijiet differenti.

Għal ftit snin, ix-xjentisti ilhom jafu li t-tungstenu jirrispondi għall-plażma billi jifforma ċilindri kristallini fuq skala ta’ biljuni ta’ metru, jew nanometri—lawn ċkejkna ta’ tip. L-istudju attwali skopra li t-tenrils prodotti minn bumbardament b'enerġija aktar baxxa kienu jikbru aktar bil-mod, ifjen u bla xkiel—ffurmaw tapit aktar dens ta 'fuzz—minn dawk maħluqa minn attakk b'enerġija ogħla.

Fil-metalli, l-atomi jassumu arranġament strutturali ordnat bi spazji definiti bejniethom. Jekk atomu jiġi spostat, jibqa 'sit vojt, jew "vakanza". Jekk ir-radjazzjoni, bħal ballun tal-biljard, tħabbat atomu barra mis-sit tagħha u tħalli vakanza, dak l-atomu għandu jmur x'imkien. Hija crams ruħha bejn atomi oħra fil-kristall, isir interstizjali.

It-tħaddim normali tar-reattur tal-fużjoni jesponi lid-divertur għal fluss għoli ta 'atomi tal-elju ta' enerġija baxxa ħafna. "Jjoni tal-elju mhux qed jolqot iebes biżżejjed biex jagħmel il-ħabta tal-ballun tal-biljard, għalhekk irid jidħol fil-kannizzata biex jibda jifforma bżieżaq jew difetti oħra," spjegat Parish.

Teoristi bħal Brian Wirth, President tal-Gvernatur tal-UT-ORNL, immudellaw is-sistema u jemmnu li l-materjal li jiġi spostat mill-kannizzata meta jiffurmaw il-bżieżaq isir il-blokki tal-bini ta 'tenrils. L-atomi tal-elju jiġġerrew madwar il-kannizzata bl-addoċċ, qalet Parish. Huma jħabbtu ma 'elju oħra u jingħaqdu. Eventwalment il-cluster huwa kbir biżżejjed biex iħabbat atomu tat-tungstenu barra mis-sit tiegħu.

"Kull darba li l-bużżieqa tikber hija timbotta ftit atomi tat-tungstenu aktar 'il barra mis-siti tagħhom, u jridu jmorru x'imkien. Se jkunu attirati lejn il-wiċċ,” qalet Parish. "Dak, aħna nemmnu, huwa l-mekkaniżmu li bih jifforma dan in-nanofuzz."

Ix-xjentisti komputazzjonali jmexxu simulazzjonijiet fuq superkompjuters biex jistudjaw materjali fil-livell atomiku tagħhom, jew id-daqs tan-nanometru u l-iskali tal-ħin nanosekondi. L-inġiniera jesploraw kif il-materjali jiffrankaw, jaqsmu, u jġibu ruħhom b'xi mod ieħor wara espożizzjoni twila għall-plażma, fuq skali ta 'tul ta' ċentimetru u ħin ta 'siegħa. "Imma kien hemm ftit xjenza bejniethom," qalet Parish, li l-esperiment tagħha mela dan il-vojt ta 'għarfien biex tistudja l-ewwel sinjali ta' degradazzjoni materjali u l-istadji bikrija tat-tkabbir tan-nanotendril.

Allura l-fuzz huwa tajjeb jew ħażin? "Fuzz x'aktarx li jkollu kemm proprjetajiet detrimentali kif ukoll ta 'benefiċċju, iżda sakemm inkunu nafu aktar dwaru, ma nistgħux inġina materjali biex nippruvaw neliminaw il-ħażin filwaqt li jaċċentwaw it-tajjeb," qalet Parish. Fuq in-naħa pożittiva, tungstenu fuzzy jista 'jieħu tagħbijiet tas-sħana li jqassmu tungstenu bl-ingrossa, u l-erożjoni hija 10 darbiet inqas fi fuzzy minn tungstenu bl-ingrossa. Fuq in-naħa minus, in-nanotendrils jistgħu jinkisru, u jiffurmaw trab li jista 'jkessaħ il-plażma. L-għan li jmiss tax-xjenzati huwa li jitgħallmu kif jevolvi l-materjal u kemm huwa faċli li tkisser in-nanotendrils 'il bogħod mill-wiċċ.

L-imsieħba tal-ORNL ppubblikaw esperimenti reċenti tal-mikroskopija elettronika tal-iskannjar li jdawwal l-imġieba tat-tungstenu. Studju wieħed wera li t-tkabbir tax-xedd ma pproċeda fl-ebda orjentazzjoni preferuta. Investigazzjoni oħra wriet li r-rispons tat-tungstenu li jħares lejn il-plażma għall-fluss tal-atomu tal-elju evolviet minn nanofuzz ​​biss (f'fluss baxx) għal nanofuzz ​​flimkien ma 'bżieżaq (f'fluss għoli).

It-titlu tad-dokument attwali huwa "Morfologies of tungstenu nanotendrils imkabbra taħt espożizzjoni għall-elju."