Рычание щенка голубого хилера от икоты заставило всех смеяться
- Одной из самых сложных инженерных задач в мире термоядерной энергетики является разработка материалов, способных выдержать ад плазмы реактора.
- Международный термоядерный экспериментальный реактор (ИТЭР) будет полагаться на вольфрам в качестве материала, обращенного к плазме, но новое исследование изучает, могут ли другие кандидаты работать еще лучше.
- Исследование раскрывает короткий список из 21 материала, который включает как некоторые известные кандидаты, такие как вольфрам, так и несколько экзотических примеров, которые еще предстоит изучить.
Клетчатый флаг в конце многовековой гонки человечества за энергию — это термоядерная энергия, но заключить звезду на Земле примерно так же сложно, как это звучит. В последние годы ученые успешно задействовали теоретическую физику, извлекая больше энергии из реакции термоядерного синтеза, чем они изначально заложили — достижение, известное как «зажигание». Но между лабораторным приростом энергии и реальной полезностью лежит широкая пропасть, и эту пропасть необходимо будет преодолеть с помощью материальных прорывов.
Как вы, вероятно, можете себе представить, среда внутри этих искусственных звезд является одной из самых интенсивных на Земле. Материалы внутри должны не только выдерживать температуры, колеблющиеся около 100 миллионов градусов по Цельсию (в семь раз горячее, чем ядро нашего Солнца), но и выживать в странных атомных условиях, которые возникают в среде термоядерного синтеза.
В настоящее время ученые остановились на элементе вольфраме как на лучшем кандидате на роль дивертора реактора — своего рода выпускного отверстия для тепла и золы, и одного из немногих элементов термоядерного реактора, который напрямую взаимодействует с ультрагорячей плазмой. Международный термоядерный экспериментальный реактор (ИТЭР), который является проектом термоядерной энергии на юге Франции, который станет самым передовым реактором, когда он будет запущен, использует вольфрам из-за его способности выдерживать высокие температуры и не удерживать топливо (т. е. тритий) по сравнению с другими элементами, такими как углерод.
Хотя вольфрам может быть элементом дня, новое исследование ученых из Федеральной политехнической школы Лозанны (EPFL) в Швейцарии подробно описывает поиск других материалов, обращенных к плазме, которые могли бы работать даже лучше, чем вольфрам, в будущих реакторах. Проанализировав неорганическую кристаллическую структуру, найденную в базе данных файлов Полинга, исследователи составили короткий список из 71 материала и продолжили исключать элементы на основе прошлых экспериментов или исследований, которые исключили определенных кандидатов. Они обнаружили, что жизнеспособному кандидату нужны два важных атрибута: высокая энергия связи поверхности (материалу сложно потерять атомы в плазме) и энергия образования интерстициального водорода (количество энергии, необходимое для внедрения трития в решетку).
Результаты исследования были опубликованы в журнале PRX Energy.
«Если материал дивертора чрезмерно эродируется в течение срока его эксплуатации, высвобождаемые атомы рассеиваются в плазме, что приводит к снижению его температуры», — сказал в пресс-релизе Андреа Федригуччи, первый автор статьи. «Кроме того, если материал химически реагирует с тритием, он может вычитать тритий, доступный для синтеза, и вызывать накопление запасов трития, превышающее пределы безопасности, установленные для этого типа технологий».
Результат этого просеивания возможных материалов Святого Грааля дал некоторые ожидаемые результаты. Вольфрам, например, все еще попал в список как в металлической, так и в карбидной форме. Алмаз, графит, нитрид бора присоединились к этому списку, как и переходные металлы, такие как молибден, тантал и рений. Однако было несколько сюрпризов — в частности, фаза нитрида тантала и некоторые виды керамики на основе бора и азота.
Будущие исследования теперь могут исследовать эти материалы как потенциальных кандидатов для будущих термоядерных реакторов, и Федригуччи надеется, что нейронные сети смогут помочь смоделировать, как они будут держаться в огненных недрах термоядерного реактора.
перевод от yandex
Источник:
Спасибо за увлекательный обзор! Очень интересно узнать о новых материалах, которые могут улучшить эффективность термоядерного синтеза. Надеюсь, что исследования приведут к прорывам в этой области!