एक फ्यूजन रिएक्टर अनिवार्य रूपमा एक चुम्बकीय बोतल हो जुन सूर्यमा हुने समान प्रक्रियाहरू समावेश गर्दछ। ड्युटेरियम र ट्रिटियम इन्धनहरू हेलियम आयनहरू, न्यूट्रोनहरू र गर्मीको वाष्प बनाउन फ्यूज हुन्छन्। प्लाज्मा भनिने यो तातो, आयनाइज्ड ग्यास जलेपछि, त्यो तापलाई पानीमा सार्न वाष्प बनाउनको लागि बिजुली उत्पादन गर्ने टर्बाइनहरू बदलिन्छ। सुपरहिटेड प्लाज्माले रिएक्टरको पर्खाल र डाइभर्टर (जसले प्लाज्मालाई जलाउन पर्याप्त तातो राख्न अपरेटिङ रिएक्टरबाट फोहोर हटाउँछ) लाई निरन्तर खतरा बनाउँछ।

"हामी प्लाज्मा-फेसिंग सामग्रीहरूको आधारभूत व्यवहार निर्धारण गर्न कोशिस गर्दैछौं डिग्रेडेसन मेकानिजमहरू राम्रोसँग बुझ्नको लागि ताकि हामी बलियो, नयाँ सामग्रीहरू इन्जिनियर गर्न सक्छौं," ऊर्जा विभागको ओक रिज राष्ट्रिय प्रयोगशालाका सामग्री वैज्ञानिक चाड पेरिसले भने। उनी जर्नलमा अध्ययनका वरिष्ठ लेखक हुन्वैज्ञानिक रिपोर्टहरूजसले रिएक्टर-सान्दर्भिक परिस्थितिहरूमा टंगस्टनको गिरावटको अन्वेषण गर्‍यो।

किनकि टंगस्टनमा सबै धातुहरूको उच्चतम पग्लने बिन्दु छ, यो प्लाज्मा-फेसिंग सामग्रीहरूको लागि उम्मेद्वार हो। तथापि, यसको भंगुरताको कारण, एक व्यावसायिक पावर प्लान्ट सम्भवतः टंगस्टन मिश्र वा कम्पोजिटबाट बनेको हुन्छ। जे भए पनि, कसरी ऊर्जावान आणविक बमबारीले टंगस्टनलाई माइक्रोस्कोपिक रूपमा असर गर्छ भन्ने बारे जान्नले इन्जिनियरहरूलाई आणविक सामग्रीहरू सुधार गर्न मद्दत गर्दछ।

"फ्युजन पावर प्लान्ट भित्र सबैभन्दा क्रूर वातावरण इन्जिनियरहरूलाई सामग्री डिजाइन गर्न भनिएको छ," पारिशले भने। "यो जेट इन्जिनको भित्री भाग भन्दा खराब छ।"

अन्वेषकहरूले प्लाज्मा र मेसिन कम्पोनेन्टहरूको अन्तरक्रियाको अध्ययन गर्दै सामग्रीहरू बनाउनका लागि जुन यस्तो कठोर अपरेटिंग अवस्थाहरूको लागि मिल्दोजुल्दो छ। सामग्रीको विश्वसनीयता वर्तमान र नयाँ आणविक प्रविधिहरूको प्रमुख मुद्दा हो जसले पावर प्लान्टहरूको निर्माण र सञ्चालन लागतहरूमा महत्त्वपूर्ण प्रभाव पार्छ। त्यसैले लामो जीवनचक्रमा कठोरताका लागि सामग्रीहरू इन्जिनियर गर्न महत्त्वपूर्ण छ।

हालको अध्ययनको लागि, क्यालिफोर्निया विश्वविद्यालय, स्यान डिएगोका अन्वेषकहरूले सामान्य अवस्थाहरूमा फ्युजन रिएक्टरको नक्कल गर्दै कम ऊर्जामा हेलियम प्लाज्माको साथ टंगस्टनलाई बमबारी गरे। यसैबीच, ORNL का अन्वेषकहरूले मल्टिचार्ज्ड आयन रिसर्च सुविधा प्रयोग गरी टंगस्टनलाई उच्च-ऊर्जा हेलियम आयनहरू अनुकरण गर्ने दुर्लभ अवस्थाहरू, जस्तै प्लाज्मा अवरोध जसले असामान्य रूपमा ठूलो मात्रामा ऊर्जा जम्मा गर्न सक्छ।

ट्रान्समिशन इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी, स्क्यानिङ ट्रान्समिशन इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी, स्क्यानिङ इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी र इलेक्ट्रोन न्यानोक्रिस्टालोग्राफी प्रयोग गरेर, वैज्ञानिकहरूले टंगस्टन क्रिस्टलमा बबलहरूको विकास र कम र उच्च-ऊर्जा अवस्थाहरूमा "टेन्ड्रिल" भनिने संरचनाहरूको विकासको विशेषता राखे। तिनीहरूले नमूनाहरू एपफाइभ नामक फर्ममा प्रिसेसन इलेक्ट्रोन विवर्तनको लागि पठाए, एक उन्नत इलेक्ट्रोन क्रिस्टलोग्राफी प्रविधि, विभिन्न परिस्थितिहरूमा वृद्धि संयन्त्रको अनुमान गर्न।

केही वर्षदेखि वैज्ञानिकहरूले थाहा पाएका छन् कि टंगस्टनले एक मिटरको बिलियन वा न्यानोमिटरको मापनमा क्रिस्टलीय टेन्ड्रिलहरू बनाएर प्लाज्मालाई प्रतिक्रिया दिन्छ। हालको अध्ययनले पत्ता लगायो कि कम-ऊर्जा बमबारीले उत्पादन गरेको टेन्ड्रिलहरू उच्च-ऊर्जा आक्रमणबाट सिर्जना गरिएका भन्दा ढिलो-बढ्दो, राम्रो र चिल्लो हुन्छ-फजको घन गलैंचा बनाउँछ।

धातुहरूमा, परमाणुहरूले तिनीहरूको बीचमा परिभाषित खाली ठाउँहरूको साथ व्यवस्थित संरचनात्मक व्यवस्था मान्छन्। यदि एक परमाणु विस्थापित छ भने, एक खाली साइट, वा "रिक्तता" रहन्छ। यदि विकिरण, बिलियर्ड बल जस्तै, आफ्नो साइटबाट एक परमाणु ढक्छ र खाली ठाउँ छोड्छ, त्यो परमाणु कतै जानु पर्छ। यो क्रिस्टलमा अन्य परमाणुहरू बीच क्र्याम हुन्छ, एक अन्तराल बन्न।

सामान्य फ्युजन-रिएक्टर सञ्चालनले डाइभर्टरलाई धेरै-कम-ऊर्जा हेलियम परमाणुहरूको उच्च प्रवाहमा उजागर गर्दछ। "एउटा हिलियम आयनले बिलियर्ड बलको टक्कर गर्न पर्याप्त कडा प्रहार गरिरहेको छैन, त्यसैले यसले बुलबुले वा अन्य दोषहरू बनाउन सुरु गर्न जालीमा लुक्नुपर्छ," पेरिसले बताए।

UT-ORNL गभर्नरको अध्यक्ष ब्रायन विर्थ जस्ता सिद्धान्तवादीहरूले प्रणालीलाई मोडेल गरेका छन् र बुलबुले बनाउँदा टेन्ड्रिलको निर्माण ब्लक बन्न जालीबाट विस्थापित हुने सामग्रीलाई विश्वास गर्छन्। हेलियम परमाणुहरू जालीको वरिपरि अनियमित रूपमा घुम्छन्, पेरिसले भने। तिनीहरू अन्य हेलियमहरूमा टक्कर गर्छन् र सेनाहरूमा सामेल हुन्छन्। अन्ततः क्लस्टर यसको साइटबाट टंगस्टन एटम ढकढक गर्न पर्याप्त ठूलो छ।

"हरेक चोटि बबल बढ्दै जाँदा यसले उनीहरूको साइटहरूबाट केही थप टंगस्टन परमाणुहरू धकेल्छ, र तिनीहरू कतै जानुपर्छ। तिनीहरू सतहमा आकर्षित हुन गइरहेका छन्, "पारिसले भने। "यो, हामी विश्वास गर्छौं, यो नानोफज बन्ने संयन्त्र हो।"

कम्प्युटेसनल वैज्ञानिकहरूले सुपरकम्प्युटरहरूमा सामग्रीहरू तिनीहरूको परमाणु स्तर, वा न्यानोमिटर साइज र नानोसेकेन्ड टाइम स्केलहरू अध्ययन गर्न सिमुलेशनहरू चलाउँछन्। इन्जिनियरहरूले सेन्टिमिटर लम्बाइ र घण्टाको समय मापनमा प्लाज्मामा लामो समयसम्म सम्पर्कमा आएपछि सामग्रीहरू कसरी भ्रष्ट हुन्छन्, क्र्याक हुन्छन् र अन्यथा व्यवहार गर्छन् भनी अन्वेषण गर्छन्। "तर बीचमा विज्ञान थोरै थियो," पारिसले भने, जसको प्रयोगले भौतिक क्षयको पहिलो संकेत र नानोटेन्ड्रिलको वृद्धिको प्रारम्भिक चरणहरू अध्ययन गर्न ज्ञानको यो खाडल भर्यो।

त्यसोभए फज राम्रो वा खराब छ? "Fuzz मा हानिकारक र लाभदायक गुणहरू हुन सक्छ, तर जबसम्म हामी यसको बारेमा थप जान्दैनौं, हामी राम्रोलाई जोड दिँदै खराब हटाउन प्रयास गर्न सामग्रीहरू इन्जिनियर गर्न सक्दैनौं," पारिशले भने। थप पक्षमा, फजी टंगस्टनले तातो भार लिन सक्छ जसले बल्क टंगस्टन क्र्याक गर्दछ, र बल्क टंगस्टन भन्दा फजीमा क्षरण १० गुणा कम हुन्छ। माइनस साइडमा, न्यानोटेन्ड्रिलहरू टुट्न सक्छ, धूल बनाउँछ जसले प्लाज्मालाई चिसो पार्न सक्छ। वैज्ञानिकहरूको अर्को लक्ष्य भनेको सामग्री कसरी विकसित हुन्छ र सतहबाट नानोटेन्ड्रिलहरू तोड्न कत्तिको सजिलो छ भनेर जान्न हो।

ORNL साझेदारहरूले भर्खरको स्क्यानिङ इलेक्ट्रोन माइक्रोस्कोपी प्रयोगहरू प्रकाशित गरे जसले टंगस्टन व्यवहारलाई उज्यालो पार्छ। एउटा अध्ययनले देखाएको छ कि टेड्रिल वृद्धि कुनै पनि रुचाइएको अभिमुखीकरणमा अगाडि बढेको छैन। अर्को अनुसन्धानले पत्ता लगायो कि हेलियम एटम फ्लक्समा प्लाज्मा-फेसिङ टंगस्टनको प्रतिक्रिया नानोफुज (कम फ्लक्समा) बाट नानोफुज प्लस बबल (उच्च प्रवाहमा) मा विकसित भयो।

हालको पेपरको शीर्षक हो "हेलियम एक्सपोजर अन्तर्गत बढेको टंगस्टन नानोटेन्ड्रिलको मोर्फोलॉजी।"