“吞吐氢气”材料可作聚变“防火墙”
从左至右分别为工程师耶利米·基尔希、吞吐氢气博士后研究员米科拉·伊亚洛韦加和助理科学家马科斯·格扎维埃·纳瓦罗-冈萨雷斯,材料他们致力于将钽涂层作为面向威斯康星高温超导轴对称反射镜(WHAM)的可作等离子体材料。 科技日报记者 张佳欣 美国威斯康星大学麦迪逊分校工程师使用超音速冷喷涂技术,聚变生产出一种新的防火核聚变“主力军”材料,可承受聚变反应堆内的吞吐氢气恶劣条件。最近发表在《物理写作》杂志上的材料这一进展,有助于实现更高效的可作紧凑型聚变反应堆。 核聚变科学家正在迫切寻找一种经济的聚变方式,以制造能在聚变反应堆中直面大型高温等离子体的防火部件。 在聚变装置中,吞吐氢气等离子体(一种电离的材料氢气)被加热到极高的温度,等离子体中的可作原子核相互碰撞并融合。这种聚变过程产生能量。聚变然而,防火一些氢离子可能被中和并从等离子体中逸出。这些氢中性粒子会在等离子体中造成功率损失,使维持高温等离子体和拥有有效的小型聚变反应堆变得具有挑战性。这项研究首次证明,将冷喷涂技术用于聚变应用有好处。 钽是一种可以承受高温的金属,擅长捕获氢。研究人员使用冷喷涂工艺使不锈钢上沉积了一层钽。喷涂过程中,涂层材料颗粒以超音速的速度喷涂到不锈钢表面。撞击时,颗粒会像煎饼一样变平,覆盖整个表面,同时保留涂层颗粒之间的纳米级边界。研究人员发现,这些微小的边界有助于吞入氢粒子。 研究人员在与聚变反应堆相关的极端条件下测试了钽涂层,发现它表现得非常好。实验还发现,当材料加热到更高的温度时,钽涂层能在不改变自身的情况下吐出捕获的氢粒子。这一过程本质上可使材料再生,以便再次使用。 冷喷涂方法不仅提高了钽捕获氢离子的能力,还允许人们能在现场修复反应堆部件。 研究人员创造出一种耐火金属复合材料,它具有良好的氢气处理方式,以及耐腐蚀性和弹性,这是等离子体设备和聚变能源系统设计的突破。
图片来源:米科拉·亚洛维加/美国威斯康星大学麦迪逊分校
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