Металлические сплавы могут способствовать использованию энергии ядерного синтеза

ПННЛ

Подписываясь, вы соглашаетесь с нашими Условиями использования и политикой. Вы можете отказаться от подписки в любое время.

Исследователи из Ливерморской национальной лаборатории имени Лоуренса объявили, что впервые в конце 2022 года они наблюдали чистый прирост энергии ядерного синтеза. нейтральный источник энергии. Однако для превращения этого достижения в практический источник ядерной энергии требуются инновационные технологии, способные воплотить в жизнь общество, работающее на термоядерном синтезе.

Ученые из Политехнического института и государственного университета Вирджинии, а также Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории работают над тем, чтобы воплотить эту цель в жизнь посредством своих усилий в области исследования материалов. Их недавняя работа, опубликованная в Scientific Reports, включала случай вольфрамовых сплавов и показала, как можно улучшить этот металл для использования в современных термоядерных реакторах, скопировав структуру морской ракушки.

Джейкоб Хааг, первый автор исследования, сказал, что это первое исследование таких интерфейсов материалов на слишком малых масштабах. Он добавил, что они также выявили некоторые фундаментальные механизмы, которые определяют прочность и долговечность материалов.

Солнце имеет температуру ядра около 27 миллионов градусов по Фаренгейту и питается за счет ядерного синтеза. Таким образом, вполне понятен тот факт, что реакции ядерного синтеза выделяют много тепла. Прежде чем ученые смогут использовать энергию этих реакций и превратить ее в энергию, им необходимо разработать усовершенствованные термоядерные реакторы, способные выдерживать высокие температуры и условия облучения, которые развиваются в термоядерных реакциях.

Вольфрам имеет самую высокую температуру плавления среди всех элементов, доступных на планете Земля. Это делает его одним из лучших материалов для термоядерных реакторов. Однако металл также может быть хрупким, что позволяет смешивать его с другими металлами. Смешивание его с другими металлами, такими как железо и никель, может помочь создать сплав, более прочный, чем вольфрам, но сохраняющий свои тугоплавкие свойства.

Не только состав придает этим вольфрамовым сплавам свои свойства, но и термомеханическая обработка металла, которая приводит к развитию ударной вязкости и прочности на разрыв.

Используя особый метод горячей прокатки, были изготовлены тяжелые вольфрамовые сплавы с микроструктурой, напоминающей перламутр или перламутр, встречающийся в морских ракушках. Перламутр ценится за потрясающие переливающиеся цвета и удивительную прочность. Тяжелые вольфрамовые сплавы, близкие к перламутру, изучались исследовательскими группами PNNL и Технологического института Вирджинии на предмет потенциального применения ядерного синтеза.

Ннеринг/iStock

По словам Хаага, «мы стремились понять, почему эти материалы обладают практически неслыханными механическими свойствами среди металлов и сплавов».

Чтобы изучить микроструктуру сплавов, Хааг и его команда использовали передовые методы, такие как сканирующая просвечивающая электронная микроскопия для анализа атомной структуры сплава. Кроме того, они также работали над картированием наномасштабного состава материала, сочетая атомно-зондовую томографию и энергодисперсионную рентгеновскую спектроскопию.

Тяжелый вольфрамовый сплав состоит из двух отдельных фаз, которые сосуществуют внутри структуры, напоминающей перламутр: «твердой» фазы, представляющей собой почти чистый вольфрам, и «пластичной» фазы, состоящей из комбинации никеля, железа и вольфрама. Результаты исследования указывают на прекрасную связь между различными фазами, включая тесно связанные «твердые» и «пластичные» фазы, как источник высокой прочности тяжелых вольфрамовых сплавов.

По словам Вахью Сетявана, ученого-компьютерщика из PNNL и соавтора исследования, «на двух разных этапах создается прочный композит, но они создают серьезные препятствия в создании высококачественных образцов для характеризации. Это позволило нам выявить точные структура межфазных границ и химическая градация этих границ благодаря превосходной работе членов нашей команды».