Réaktor fusi dasarna nyaéta botol magnét anu ngandung prosés anu sami anu lumangsung dina panonpoé. Bahan bakar Deuterium sareng tritium ngahiji ngabentuk uap ion hélium, neutron sareng panas. Salaku panas ieu, gas terionisasi-disebut plasma-kaduruk, éta panas ditransferkeun ka cai pikeun nyieun uap ngahurungkeun turbin nu ngahasilkeun listrik. Plasma anu dipanaskeun pisan nyababkeun ancaman konstan pikeun témbok réaktor sareng divertor (anu ngaleungitkeun runtah tina réaktor operasi pikeun ngajaga plasma panas pikeun ngaduruk).

"Kami nyobian nangtukeun paripolah dasar bahan anu nyanghareupan plasma kalayan tujuan pikeun ngartos mékanisme degradasi anu langkung saé supados urang tiasa ngarancang bahan énggal anu kuat," saur ilmuwan bahan Chad Parish tina Laboratorium Nasional Oak Ridge Departemen Energi. Anjeunna panulis senior ulikan dina jurnalLaporan Ilmiahnu ngajajah degradasi tungsten dina kaayaan reaktor-relevan.

Kusabab tungsten boga titik lebur pangluhurna sadaya logam, éta calon bahan plasma-nyanghareup. Kusabab rapuhna, kumaha waé, pembangkit listrik komersil langkung dipikaresep didamel tina alloy tungsten atanapi komposit. Paduli, diajar ngeunaan kumaha bombardment atom energetic mangaruhan tungsten microscopically mantuan insinyur ngaronjatkeun bahan nuklir.

"Di jero pembangkit listrik fusi nyaéta insinyur lingkungan anu paling brutal anu kantos dipenta pikeun ngarancang bahan," saur Parish. "Éta langkung parah tibatan interior mesin jet."

Panaliti ngulik interaksi plasma sareng komponén mesin pikeun ngadamel bahan anu langkung cocog pikeun kaayaan operasi anu parah. Kaandalan bahan mangrupikeun masalah konci sareng téknologi nuklir ayeuna sareng énggal anu gaduh dampak anu signifikan dina biaya konstruksi sareng operasi pembangkit listrik. Janten penting pisan pikeun ngarékayasa bahan pikeun hardiness salami umur panjang.

Pikeun ulikan ayeuna, peneliti di University of California, San Diego, bombarded tungsten kalawan plasma hélium dina énergi low mimicking a reaktor fusi dina kaayaan normal. Samentara éta, peneliti di ORNL ngagunakeun Multicharged Ion Research Facility pikeun narajang tungsten ku ion hélium énergi tinggi anu niru kaayaan anu jarang, sapertos gangguan plasma anu tiasa nyimpen jumlah énergi anu luar biasa.

Nganggo mikroskop éléktron transmisi, nyeken mikroskop éléktron transmisi, nyeken mikroskop éléktron sareng nanocrystallography éléktron, para ilmuwan dicirikeun évolusi gelembung dina kristal tungsten sareng bentuk sareng kamekaran struktur anu disebut "tendrils" dina kaayaan low- sareng énergi tinggi. Aranjeunna ngirimkeun sampel ka firma anu disebut AppFive pikeun difraksi éléktron precession, téknik kristalografi éléktron canggih, pikeun nyimpulkeun mékanisme pertumbuhan dina kaayaan anu béda.

Pikeun sababaraha taun élmuwan geus nyaho yén tungsten ngabales plasma ku ngabentuk tendrils kristal dina skala billionths méter, atawa nanometer-hiji padang rumput hejo leutik tina sorts. Panaliti ayeuna mendakan yén tendrils anu dihasilkeun ku bombardment énergi anu langkung handap langkung laun, langkung saé sareng langkung lancar - ngabentuk karpét fuzz anu langkung padet - tibatan anu diciptakeun ku serangan énergi anu langkung luhur.

Dina logam, atom nganggap susunan struktural tartib jeung spasi tangtu diantara aranjeunna. Lamun hiji atom lunta, hiji situs kosong, atawa "kosong," tetep. Lamun radiasi, kawas bal biliar, knocks hiji atom kaluar tina situs na ninggalkeun lowong, atom nu kudu indit wae. Ieu crams sorangan antara atom séjén dina kristal, jadi hiji interstitial.

Operasi fusi-réaktor normal ngalaan divertor ka fluks tinggi atom hélium énergi-rendah pisan. "A ion hélium teu nganiaya cukup teuas pikeun ngalakukeun tabrakan bola biliar, jadi kudu sneak kana kisi pikeun ngamimitian ngabentuk gelembung atawa defects séjén," jelas Parish.

Ahli teori sapertos Brian Wirth, Kursi Gubernur UT-ORNL, parantos nyontoan sistem sareng percanten kana bahan anu lunta tina kisi nalika gelembung ngabentuk janten blok wangunan sulur. Atom hélium ngumbara di sabudeureun kisi sacara acak, ceuk Parish. Aranjeunna nabrak hélium séjén sarta gabung gaya. Antukna klusterna cukup gedé pikeun ngaleungitkeun atom tungsten tina situsna.

"Unggal-unggal gelembung tumuwuh, éta nyorong sababaraha atom tungsten kaluar tina situsna, sareng aranjeunna kedah angkat ka mana waé. Aranjeunna bakal katarik kana permukaan, ”saur Paroki. "Éta, kami yakin, nyaéta mékanisme anu ngawangun nanofuzz ​​ieu."

Élmuwan komputasi ngajalankeun simulasi dina superkomputer pikeun ngulik bahan dina tingkat atomna, atanapi ukuran nanométer sareng skala waktos nanodetik. Insinyur ngajalajah kumaha bahan embrittle, rengat, sareng kalakuanana saatos paparan panjang ka plasma, dina panjangna séntiméter sareng skala waktos jam. "Tapi aya saeutik elmu di antara," ceuk Parish, anu percobaan ngeusi gap pangaweruh ieu diajar tanda mimiti degradasi bahan jeung tahap awal tumuwuhna nanotendril.

Janten fuzz saé atanapi goréng? "Fuzz sigana gaduh sipat anu ngabahayakeun sareng mangpaat, tapi dugi ka urang terang langkung seueur ngeunaan éta, urang henteu tiasa ngarékayasa bahan pikeun nyobian ngaleungitkeun anu goréng bari ngagentos anu saé," saur Parish. Kauntungannana, tungsten Fuzzy tiasa nyandak beban panas anu bakal rengat tungsten bulk, sareng erosi 10 kali langkung handap dina fuzzy ti tungsten bulk. Dina sisi minus, nanotendrils tiasa peupeus, ngabentuk lebu anu tiasa niiskeun plasma. Tujuan salajengna para ilmuwan nyaéta pikeun diajar kumaha bahanna mekar sareng kumaha gampangna pikeun ngarecah nanotendrils tina permukaan.

Mitra ORNL nyebarkeun percobaan mikroskop éléktron scanning panganyarna anu nyaangan paripolah tungsten. Hiji studi nunjukkeun pertumbuhan tendril henteu lumangsung dina sagala orientasi pikaresep. Panaliti séjén ngungkabkeun yén réspon tungsten anu nyanghareupan plasma kana fluks atom hélium mekar tina nanofuzz ​​wungkul (dina fluks low) kana nanofuzz ​​tambah gelembung (dina fluks tinggi).

Judul makalah ayeuna nyaéta "Morphologies of tungsten nanotendrils tumuwuh dina paparan hélium."