ఫ్యూజన్ రియాక్టర్ అనేది సూర్యునిలో జరిగే అదే ప్రక్రియలను కలిగి ఉండే అయస్కాంత సీసా. డ్యూటీరియం మరియు ట్రిటియం ఇంధనాలు హీలియం అయాన్లు, న్యూట్రాన్లు మరియు వేడి యొక్క ఆవిరిని ఏర్పరుస్తాయి. ప్లాస్మా అని పిలువబడే ఈ వేడి, అయోనైజ్డ్ వాయువు మండుతున్నప్పుడు, విద్యుత్తును ఉత్పత్తి చేసే టర్బైన్‌లను మార్చడానికి ఆవిరిని తయారు చేయడానికి ఆ వేడి నీటికి బదిలీ చేయబడుతుంది. సూపర్‌హీటెడ్ ప్లాస్మా రియాక్టర్ గోడకు మరియు డైవర్టర్‌కు స్థిరమైన ముప్పును కలిగిస్తుంది (ఇది ప్లాస్మాను కాల్చేంత వేడిగా ఉంచడానికి ఆపరేటింగ్ రియాక్టర్ నుండి వ్యర్థాలను తొలగిస్తుంది).

"మేము క్షీణత విధానాలను బాగా అర్థం చేసుకునే లక్ష్యంతో ప్లాస్మా-ఫేసింగ్ మెటీరియల్స్ యొక్క ప్రాథమిక ప్రవర్తనను గుర్తించడానికి ప్రయత్నిస్తున్నాము, తద్వారా మేము బలమైన, కొత్త పదార్థాలను ఇంజనీర్ చేయగలము" అని డిపార్ట్‌మెంట్ ఆఫ్ ఎనర్జీ యొక్క ఓక్ రిడ్జ్ నేషనల్ లాబొరేటరీకి చెందిన మెటీరియల్ సైంటిస్ట్ చాడ్ పారిష్ అన్నారు. అతను జర్నల్‌లో ఒక అధ్యయనానికి సీనియర్ రచయితశాస్త్రీయ నివేదికలురియాక్టర్-సంబంధిత పరిస్థితులలో టంగ్‌స్టన్ యొక్క క్షీణతను అన్వేషించింది.

టంగ్స్టన్ అన్ని లోహాలలో అత్యధిక ద్రవీభవన స్థానం కలిగి ఉన్నందున, ఇది ప్లాస్మా-ఫేసింగ్ మెటీరియల్స్ కోసం అభ్యర్థి. అయితే, దాని పెళుసుదనం కారణంగా, వాణిజ్య పవర్ ప్లాంట్ ఎక్కువగా టంగ్‌స్టన్ మిశ్రమం లేదా మిశ్రమంతో తయారు చేయబడుతుంది. సంబంధం లేకుండా, శక్తివంతమైన అణు బాంబు పేలుడు టంగ్‌స్టన్‌ను సూక్ష్మదర్శినిగా ఎలా ప్రభావితం చేస్తుందనే దాని గురించి తెలుసుకోవడం ఇంజనీర్లు అణు పదార్థాలను మెరుగుపరచడంలో సహాయపడుతుంది.

"ఫ్యూజన్ పవర్ ప్లాంట్ లోపల అత్యంత క్రూరమైన పర్యావరణం ఇంజనీర్లకు మెటీరియల్స్ రూపకల్పన చేయమని అడిగారు" అని పారిష్ చెప్పారు. "ఇది జెట్ ఇంజిన్ లోపలి భాగం కంటే అధ్వాన్నంగా ఉంది."

అటువంటి కఠినమైన ఆపరేటింగ్ పరిస్థితులకు సరిపోయే పదార్థాలను తయారు చేయడానికి ప్లాస్మా మరియు యంత్ర భాగాల పరస్పర చర్యను పరిశోధకులు అధ్యయనం చేస్తున్నారు. మెటీరియల్స్ విశ్వసనీయత అనేది విద్యుత్ ప్లాంట్ల నిర్మాణం మరియు నిర్వహణ ఖర్చులపై గణనీయమైన ప్రభావాన్ని చూపే ప్రస్తుత మరియు కొత్త అణు సాంకేతికతలతో కీలకమైన సమస్య. కావున సుదీర్ఘ జీవితచక్రాలపై కాఠిన్యం కోసం మెటీరియల్‌లను ఇంజనీర్ చేయడం చాలా కీలకం.

ప్రస్తుత అధ్యయనం కోసం, యూనివర్శిటీ ఆఫ్ కాలిఫోర్నియా, శాన్ డియాగో పరిశోధకులు సాధారణ పరిస్థితులలో ఫ్యూజన్ రియాక్టర్‌ను అనుకరిస్తూ తక్కువ శక్తితో హీలియం ప్లాస్మాతో టంగ్‌స్టన్‌పై బాంబు దాడి చేశారు. ఇంతలో, ORNLలోని పరిశోధకులు మల్టీచార్జ్డ్ అయాన్ రీసెర్చ్ ఫెసిలిటీని ఉపయోగించి టంగ్‌స్టన్‌ను అధిక-శక్తి హీలియం అయాన్‌లను అనుకరించే అరుదైన పరిస్థితులను అనుకరించడానికి, అసాధారణంగా పెద్ద మొత్తంలో శక్తిని డిపాజిట్ చేసే ప్లాస్మా అంతరాయం వంటి వాటిని ఉపయోగించారు.

ట్రాన్స్‌మిషన్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ, స్కానింగ్ ట్రాన్స్‌మిషన్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ, స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ మరియు ఎలక్ట్రాన్ నానోక్రిస్టల్లోగ్రఫీని ఉపయోగించి, శాస్త్రవేత్తలు టంగ్‌స్టన్ క్రిస్టల్‌లోని బుడగల పరిణామాన్ని మరియు తక్కువ మరియు అధిక-శక్తి పరిస్థితులలో "టెండ్రిల్స్" అని పిలువబడే నిర్మాణాల పెరుగుదలను వర్గీకరించారు. వారు వివిధ పరిస్థితులలో గ్రోత్ మెకానిజమ్‌లను అంచనా వేయడానికి ఒక అధునాతన ఎలక్ట్రాన్ క్రిస్టల్లాగ్రఫీ టెక్నిక్ అయిన ప్రిసెషన్ ఎలక్ట్రాన్ డిఫ్రాక్షన్ కోసం AppFive అనే సంస్థకు నమూనాలను పంపారు.

కొన్ని సంవత్సరాలుగా శాస్త్రవేత్తలకు టంగ్‌స్టన్ ప్లాస్మాకు ప్రతిస్పందిస్తుందని, ఒక మీటర్‌లో బిలియన్ల వంతు లేదా నానోమీటర్ల స్థాయిలో స్ఫటికాకార టెండ్రిల్స్‌ను ఏర్పరుస్తుందని తెలుసు. ప్రస్తుత అధ్యయనంలో తక్కువ-శక్తి బాంబుల ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన టెండ్రిల్స్ నెమ్మదిగా-పెరుగుతున్నవి, చక్కగా మరియు మృదువైనవి-అధిక-శక్తి దాడి ద్వారా సృష్టించబడిన వాటి కంటే దట్టమైన కార్పెట్‌ను ఏర్పరుస్తాయి.

లోహాలలో, పరమాణువులు వాటి మధ్య నిర్వచించిన ఖాళీలతో క్రమబద్ధమైన నిర్మాణ అమరికను కలిగి ఉంటాయి. ఒక పరమాణువు స్థానభ్రంశం చెందితే, ఖాళీ సైట్ లేదా "ఖాళీ" మిగిలి ఉంటుంది. రేడియేషన్, ఒక బిలియర్డ్ బాల్ లాగా, దాని సైట్ నుండి ఒక అణువును పడగొట్టి మరియు ఖాళీని వదిలివేస్తే, ఆ అణువు ఎక్కడికో వెళ్లాలి. ఇది స్ఫటికంలోని ఇతర పరమాణువుల మధ్య తనని తాను క్రామ్ చేస్తుంది, ఇది ఒక ఇంటర్‌స్టీషియల్‌గా మారుతుంది.

సాధారణ ఫ్యూజన్-రియాక్టర్ ఆపరేషన్ డైవర్టర్‌ను చాలా తక్కువ-శక్తి హీలియం అణువుల అధిక ప్రవాహానికి బహిర్గతం చేస్తుంది. "బిలియర్డ్ బాల్ ఢీకొనడానికి హీలియం అయాన్ గట్టిగా కొట్టడం లేదు, కాబట్టి అది బుడగలు లేదా ఇతర లోపాలను ఏర్పరచడం ప్రారంభించడానికి లాటిస్‌లోకి చొరబడాలి" అని పారిష్ వివరించారు.

UT-ORNL గవర్నర్ చైర్ అయిన బ్రియాన్ విర్త్ వంటి సిద్ధాంతకర్తలు ఈ వ్యవస్థను రూపొందించారు మరియు బుడగలు ఏర్పడినప్పుడు లాటిస్ నుండి స్థానభ్రంశం చెందే పదార్థం టెండ్రిల్స్ యొక్క బిల్డింగ్ బ్లాక్‌లుగా మారుతుందని నమ్ముతారు. హీలియం అణువులు యాదృచ్ఛికంగా జాలక చుట్టూ తిరుగుతాయి, పారిష్ చెప్పారు. అవి ఇతర హీలియమ్‌లలోకి దూసుకుపోతాయి మరియు బలగాలను కలుపుతాయి. చివరికి క్లస్టర్ టంగ్‌స్టన్ అణువును దాని సైట్ నుండి పడగొట్టేంత పెద్దది.

"బబుల్ పెరిగిన ప్రతిసారీ అది వారి సైట్‌ల నుండి మరికొన్ని టంగ్‌స్టన్ అణువులను నెట్టివేస్తుంది మరియు అవి ఎక్కడికో వెళ్ళవలసి ఉంటుంది. వారు ఉపరితలంపైకి ఆకర్షించబడతారు, ”అని పారిష్ చెప్పారు. "అది, ఈ నానోఫజ్ ఏర్పడే విధానం అని మేము నమ్ముతున్నాము."

గణన శాస్త్రవేత్తలు వాటి పరమాణు స్థాయి లేదా నానోమీటర్ పరిమాణం మరియు నానోసెకండ్ సమయ ప్రమాణాలను అధ్యయనం చేయడానికి సూపర్ కంప్యూటర్‌లపై అనుకరణలను అమలు చేస్తారు. ఇంజనీర్లు సెంటీమీటర్ పొడవు మరియు గంట సమయ ప్రమాణాలపై, ప్లాస్మాకు ఎక్కువ కాలం బహిర్గతం అయిన తర్వాత పదార్థాలు ఎలా పెళుసుగా, పగులగొట్టబడతాయో, అలాగే ప్రవర్తిస్తాయో అన్వేషిస్తారు. "కానీ మధ్యలో కొంచెం సైన్స్ ఉంది," పారిష్ చెప్పారు, దీని ప్రయోగం పదార్థ క్షీణత యొక్క మొదటి సంకేతాలను మరియు నానోటెండ్రిల్ పెరుగుదల యొక్క ప్రారంభ దశలను అధ్యయనం చేయడానికి ఈ జ్ఞాన అంతరాన్ని పూరించింది.

కాబట్టి ఫజ్ మంచిదా చెడ్డదా? "Fuzz హానికరమైన మరియు ప్రయోజనకరమైన లక్షణాలను కలిగి ఉండే అవకాశం ఉంది, కానీ దాని గురించి మరింత తెలుసుకునే వరకు, మంచిని నొక్కిచెప్పేటప్పుడు చెడును తొలగించడానికి మేము మెటీరియల్‌లను ఇంజనీర్ చేయలేము" అని పారిష్ చెప్పారు. ప్లస్ వైపు, అస్పష్టమైన టంగ్‌స్టన్ బల్క్ టంగ్‌స్టన్‌ను పగులగొట్టే వేడి లోడ్‌లను తీసుకోవచ్చు మరియు బల్క్ టంగ్‌స్టన్ కంటే ఎరోషన్ 10 రెట్లు తక్కువగా ఉంటుంది. మైనస్ వైపు, నానోటెండ్రిల్స్ విరిగిపోతాయి, ప్లాస్మాను చల్లబరిచే దుమ్ము ఏర్పడుతుంది. శాస్త్రవేత్తల తదుపరి లక్ష్యం ఏమిటంటే పదార్థం ఎలా అభివృద్ధి చెందుతుంది మరియు ఉపరితలం నుండి నానోటెండ్రిల్స్‌ను విచ్ఛిన్నం చేయడం ఎంత సులభమో తెలుసుకోవడం.

ORNL భాగస్వాములు టంగ్‌స్టన్ ప్రవర్తనను ప్రకాశవంతం చేసే ఇటీవలి స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీ ప్రయోగాలను ప్రచురించారు. టెండ్రిల్ వృద్ధి ఏ ప్రాధాన్య ధోరణిలో కొనసాగలేదని ఒక అధ్యయనం చూపించింది. హీలియం అటామ్ ఫ్లక్స్‌కు ప్లాస్మా-ఫేసింగ్ టంగ్‌స్టన్ ప్రతిస్పందన నానోఫజ్ (తక్కువ ఫ్లక్స్ వద్ద) నుండి నానోఫజ్ ప్లస్ బుడగలు (అధిక ప్రవాహం వద్ద) వరకు ఉద్భవించిందని మరొక పరిశోధన వెల్లడించింది.

ప్రస్తుత పేపర్ యొక్క శీర్షిక "హీలియం ఎక్స్పోజర్ కింద పెరిగిన టంగ్స్టన్ నానోటెండ్రిల్స్ యొక్క స్వరూపాలు."