Команда разрабатывает сплав для повышения энергии термоядерного синтеза

13 июня 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Лос-Аламосская национальная лаборатория

Недавно разработанный сплав на основе вольфрама, который хорошо работает в экстремальных условиях, подобных тем, которые используются в прототипах термоядерных реакторов, может помочь использовать энергию термоядерного синтеза.

«Новый сплав демонстрирует многообещающую устойчивость к облучению и стабильность при высоких температурах и экстремальных условиях облучения, используемых в условиях термоядерного реактора», — сказал Осман Эль Атвани, научный сотрудник Национальной лаборатории Лос-Аламоса.

«Разработка этого сплава и согласие между моделированием и экспериментированием, которое он представляет, указывает путь к разработке дальнейших полезных сплавов, что является важным шагом на пути к тому, чтобы сделать термоядерную энергетику более надежной, экономически эффективной, экономически предсказуемой и привлекательной для инвесторов. ."

Поскольку концепции термоядерной энергетики приближаются к реальному миру, решение проблемы материалов становится обязательным. Обнадеживающие результаты показывают, что парадигма проектирования, описанная Эль Атвани и его сотрудниками, и сплавы с высокой энтропией могут быть готовы сыграть свою роль в реализации перспектив термоядерного синтеза.

Эль Атвани был главным исследователем проекта, в котором участвовали несколько национальных и международных учреждений. Их результаты были опубликованы в мае в журнале Nature Communications.

Производство чистой энергии посредством термоядерного синтеза требует материалов, способных выдерживать суровые условия — высокие температуры, облучение (воздействие высокоэнергетического нейтронного излучения и потоков частиц гелия) и стресс, связанный с реакциями термоядерного синтеза, которые горят горячее Солнца.

Эль Атвани и его сотрудники разработали нанокристаллический высокоэнтропийный сплав — сплав, состоящий из пяти или более элементов с кристаллической формой на наномасштабном (атомном) уровне. Вольфрам, давно изученный элемент для компонентов, подвергающихся плазменной обработке, является основным элементом сплава.

К сожалению, современные вольфрамовые материалы ограничены в своей жизнеспособности в качестве компонентов, обращенных к плазме, поскольку материал разрушается и деформируется в условиях термоядерного синтеза. Чтобы разработать материалы, более подходящие для термоядерного синтеза, исследовательская группа использовала расчеты теплофизических свойств, передовые вычислительные методы и моделирование, выполненное в нескольких учреждениях, включая Лос-Аламос, Управление по атомной энергии Соединенного Королевства, Университет Клемсона и Варшавский университет.

В конечном итоге элемент гафний был выбран для смеси сплавов на основе характеристик, предсказанных моделированием и моделированием.

После изготовления пленок сплава в Центре интегрированных нанотехнологий в Лос-Аламосе один вариант материала был облучен в Аргоннской национальной лаборатории. Другая версия была облучена в Лаборатории ионно-лучевых материалов в Лос-Аламосе. Передовые методы, в том числе просвечивающая электронная микроскопия in-situ, показывают, что сплав хорошо выдержал эти суровые экспериментальные условия, которые повторяют прототип термоядерной энергии.