Termoyadroviy reaktor aslida quyoshda sodir bo'ladigan jarayonlarni o'z ichiga olgan magnit shishadir. Deyteriy va tritiy yoqilg'isi geliy ionlari, neytronlar va issiqlik bug'ini hosil qilish uchun birlashadi. Plazma deb ataladigan bu issiq, ionlangan gaz yonganda, bu issiqlik elektr energiyasini ishlab chiqaradigan turbinalarni aylantirish uchun bug' hosil qilish uchun suvga o'tkaziladi. Haddan tashqari qizib ketgan plazma reaktor devoriga va divertorga doimiy xavf tug'diradi (bu plazmani yoqish uchun etarli darajada issiq ushlab turish uchun ishlaydigan reaktordan chiqindilarni olib tashlaydi).

"Biz mustahkam va yangi materiallarni ishlab chiqishimiz uchun degradatsiya mexanizmlarini yaxshiroq tushunish maqsadida plazmaga qaragan materiallarning asosiy xatti-harakatlarini aniqlashga harakat qilmoqdamiz", dedi Oak Ridge Milliy laboratoriyasining materialshunosi Chad Parish. U jurnaldagi tadqiqotning katta muallifiIlmiy hisobotlarreaktorga tegishli sharoitlarda volframning degradatsiyasini o'rgangan.

Volfram barcha metallar orasida eng yuqori erish nuqtasiga ega bo'lganligi sababli, u plazma bilan qoplangan materiallar uchun nomzoddir. Biroq, uning mo'rtligi tufayli, tijorat elektr stantsiyasi, ehtimol, volfram qotishmasidan yoki kompozitdan tayyorlanadi. Qanday bo'lmasin, energetik atom bombardimonining volfram mikroskopik ta'sirini o'rganish muhandislarga yadroviy materiallarni yaxshilashga yordam beradi.

"Fusion elektr stansiyasining ichida muhandislardan materiallarni loyihalash talab qilingan eng shafqatsiz muhit mavjud", dedi Parish. "Bu reaktiv dvigatelning ichki qismidan ham yomonroq."

Tadqiqotchilar plazma va mashina komponentlarining o'zaro ta'sirini o'rganib, bunday og'ir ish sharoitlariga mos keladigan materiallarni ishlab chiqarishmoqda. Materiallarning ishonchliligi hozirgi va yangi yadro texnologiyalarining asosiy muammosi bo'lib, u elektr stansiyalarini qurish va ishlatish xarajatlariga sezilarli ta'sir ko'rsatadi. Shunday qilib, uzoq umr davomida chidamlilik uchun materiallarni ishlab chiqish juda muhimdir.

Joriy tadqiqot uchun San-Diegodagi Kaliforniya universiteti tadqiqotchilari normal sharoitda termoyadroviy reaktorga taqlid qilib, past energiyada geliy plazmasi bilan volframni bombardimon qilishdi. Shu bilan birga, ORNL tadqiqotchilari ko'p zaryadlangan ion tadqiqot markazidan volframga yuqori energiyali geliy ionlari bilan hujum qilish uchun foydalanganlar, masalan, g'ayritabiiy darajada katta miqdorda energiya to'plashi mumkin bo'lgan plazma buzilishi kabi.

O'tkazuvchi elektron mikroskopiya, skanerlash elektron mikroskopiya, skanerlash elektron mikroskopiya va elektron nanokristallografiya yordamida olimlar volfram kristalidagi pufakchalar evolyutsiyasini va past va yuqori energiya sharoitida "tendrillar" deb ataladigan tuzilmalarning shakli va o'sishini tavsifladilar. Ular turli sharoitlarda o'sish mexanizmlarini aniqlash uchun ilg'or elektron kristallografiya texnikasi bo'lgan presession elektron diffraktsiyasi uchun namunalarni AppFive nomli firmaga yuborishdi.

Bir necha yillardan beri olimlar volfram plazmaga javob berishini, metrning milliarddan bir qismi yoki nanometr shkalasidagi kristalli paychalar hosil qilishini bilishadi - bu mayda maysazor. Hozirgi tadqiqot shuni ko'rsatdiki, past energiyali bombardimon natijasida hosil bo'lgan paychalar sekinroq o'sib boradi, nozikroq va silliqroq bo'lib, zichroq gilam hosil qiladi - yuqori energiyali hujum natijasida hosil bo'lgan.

Metalllarda atomlar tartibli tuzilishga ega bo'lib, ular orasidagi bo'shliqlar aniqlangan. Agar atom almashtirilsa, bo'sh joy yoki "bo'sh joy" qoladi. Agar radiatsiya, bilyard to'pi kabi, atomni o'z joyidan yiqitib yuborsa va bo'sh joy qoldirsa, bu atom biror joyga ketishi kerak. U kristalldagi boshqa atomlar orasiga kirib, interstitsialga aylanadi.

Oddiy termoyadroviy reaktorning ishlashi divertorni juda kam energiyali geliy atomlarining yuqori oqimiga ta'sir qiladi. "Geliy ioni bilyard to'pi bilan to'qnashish uchun etarlicha qattiq urmaydi, shuning uchun u pufakchalar yoki boshqa nuqsonlarni hosil qilish uchun panjara ichiga yashirinishi kerak", deb tushuntirdi Parish.

UT-ORNL gubernatori raisi Brayan Virt kabi nazariyotchilar tizimni modellashtirgan va pufakchalar paydo bo'lganda panjaradan siqib chiqadigan material paychalarining qurilish blokiga aylanishiga ishonishgan. Parishning so'zlariga ko'ra, geliy atomlari tasodifiy panjara atrofida aylanib yuradi. Ular boshqa geliylar bilan to'qnashadi va kuchlarini birlashtiradi. Oxir-oqibat, klaster volfram atomini o'z joyidan urib yuborish uchun etarlicha katta.

“Har safar pufak o'sib chiqqanda u yana bir nechta volfram atomlarini o'z joylaridan siqib chiqaradi va ular biron joyga borishlari kerak. Ular yer yuzida o‘ziga tortiladi”, dedi Parish. "Biz ishonamizki, bu nanofuzzni hosil qilish mexanizmi."

Hisoblash bo'yicha olimlar materiallarni atom darajasida yoki nanometr o'lchamlari va nanosekundlik vaqt shkalalarida o'rganish uchun superkompyuterlarda simulyatsiya qiladilar. Muhandislar uzunlik va soatlik shkala bo'yicha plazmaga uzoq vaqt ta'sir qilgandan keyin materiallar qanday qilib mo'rtlashishi, yorilishi va boshqa yo'l tutishini o'rganadi. "Ammo ular orasida ilm-fan kam edi", dedi Parish, uning tajribasi material degradatsiyasining birinchi belgilari va nanotendril o'sishining dastlabki bosqichlarini o'rganish uchun ushbu bilim bo'shlig'ini to'ldirdi.

Shunday qilib, fuzz yaxshi yoki yomonmi? "Fuzz ham zararli, ham foydali xususiyatlarga ega bo'lishi mumkin, ammo biz bu haqda ko'proq ma'lumotga ega bo'lmagunimizcha, yaxshilikni ta'kidlab, yomonni yo'q qilishga urinish uchun materiallarni ishlab chiqa olmaymiz", dedi Parish. Ijobiy tomoni shundaki, loyqa volfram quyma volframni yorib yuboradigan issiqlik yukini olishi mumkin va eroziya loyqa volframga qaraganda 10 baravar kamroq. Minus tomondan nanotendrillar parchalanib, plazmani sovutadigan chang hosil qilishi mumkin. Olimlarning navbatdagi maqsadi materialning qanday rivojlanishi va nanotendrillarni sirtdan uzoqlashtirish qanchalik oson ekanligini o‘rganishdir.

ORNL hamkorlari volfram xatti-harakatlarini yorituvchi so'nggi skanerlash elektron mikroskop tajribalarini nashr etishdi. Bir tadqiqot shuni ko'rsatdiki, paychalarining o'sishi istalgan yo'nalishda davom etmaydi. Yana bir tadqiqot shuni ko'rsatdiki, plazmaga qaragan volframning geliy atomi oqimiga reaktsiyasi faqat nanofuzzdan (past oqimda) nanofuzz ​​va pufakchalarga (yuqori oqimda) evolyutsiyalashgan.

Joriy maqolaning sarlavhasi "Geliy ta'sirida o'stirilgan volfram nanotendrillarining morfologiyalari".