مواد تازه توسعه یافته هیدروژن را جذب می کند، آن را بیرون می ریزد و از دیواره های راکتور همجوشی محافظت می کند.

مهندسان دانشگاه ویسکانسین مدیسون از فناوری پوشش اسپری برای تولید ماده کاری جدید استفاده کرده اند که می تواند در شرایط سخت راکتور همجوشی مقاومت کند.

پیشروی به تفصیل در یک سند اخیرا در مجله منتشر شده است فیزیک اسکریپتامی تواند راکتورهای همجوشی فشرده کارآمدتری را فراهم کند که تعمیر و نگهداری آسان تر باشد.

میکولا جالووگا، محقق فوق دکترا در این باره می گوید: «جامعه همجوشی فوری به دنبال رویکردهای تولیدی جدید برای تولید مقرون به صرفه اجزای پلاسمای بزرگ در راکتورهای همجوشی است. مهندسی هسته ای و فیزیک مهندسی در UW–Madison و نویسنده اصلی مقاله. “فناوری ما نسبت به رویکردهای فعلی پیشرفت های قابل توجهی را نشان می دهد. با این تحقیق، ما اولین کسی هستیم که مزایای استفاده از فناوری پوشش اسپری سرد برای همجوشی را نشان می‌دهیم.

محققان از فرآیند اسپری سرد برای پوشش فولاد ضد زنگ با تانتالیوم استفاده کردند، فلزی که می تواند در برابر دمای بالا مقاومت کند. آنها پوشش تانتالیوم اسپری سرد خود را در شرایط شدید مرتبط با a آزمایش کردند راکتور همجوشی و متوجه شد که عملکرد بسیار خوبی دارد. مهمتر از همه، آنها دریافتند که این ماده در به دام انداختن فوق العاده خوب است هیدروژن ذرات، که برای دستگاه های سنتز فشرده مفید است.

کومار سریدهاران، استاد مهندسی هسته ای و فیزیک مهندسی گفت: ما دریافتیم که پوشش تانتالیوم سرد به دلیل ریزساختار منحصر به فرد پوشش، هیدروژن بسیار بیشتری نسبت به تانتالیوم حجیم جذب می کند. علم مواد و مهندسی در طول دهه گذشته، گروه تحقیقاتی Sridharan فناوری اسپری سرد را با استفاده از آن در کاربردهای متعدد راکتورهای شکافت به جامعه انرژی هسته ای معرفی کرده است.

Sridharan می گوید: «ساده بودن فرآیند اسپری سرد آن را برای کاربردها بسیار کاربردی می کند.

در دستگاه‌های همجوشی، پلاسما – گاز هیدروژن یونیزه – تا دمای بسیار بالا گرم می‌شود و هسته‌های اتمی در پلاسما با هم برخورد می‌کنند و ذوب می‌شوند. این فرآیند همجوشی انرژی تولید می کند. برخی، با این حال یون های هیدروژن می توان آن را خنثی کرد و از پلاسما خارج شد.

جالووگا که در گروه تحقیقاتی الیور اشمیتز، استاد مهندسی و مهندسی هسته‌ای کار می‌کند، می‌گوید: «این ذرات خنثی هیدروژن باعث تلفات انرژی در پلاسما می‌شوند که حفظ پلاسمای داغ و داشتن یک راکتور همجوشی کوچک کارآمد را بسیار دشوار می‌کند. فیزیک.

به همین دلیل است که محققان تصمیم گرفتند تا سطح جدیدی برای دیواره های راکتور رو به پلاسما ایجاد کنند که بتواند ذرات هیدروژن را در هنگام برخورد با دیواره ها به دام بیندازد.

تانتالیوم ذاتاً در جذب هیدروژن خوب است و محققان گمان می‌کردند که ایجاد یک پوشش تانتالیوم از طریق فرآیند اسپری سرد، توانایی‌های آن را در جذب هیدروژن بیشتر می‌کند.

ایجاد یک پوشش اسپری سرد تا حدودی مانند استفاده از یک قوطی رنگ اسپری است. این شامل فشار دادن ذرات ماده پوشش دهنده با سرعت مافوق صوت به سمت سطح است. در اثر برخورد، ذرات مانند پنکیک صاف می شوند و تمام سطح را می پوشانند و در عین حال مرزهای نانومقیاس بین ذرات پوشش را حفظ می کنند. محققان دریافتند که این مرزهای کوچک، به دام انداختن ذرات هیدروژن را آسان تر می کند.

Ialovega آزمایشاتی را روی مواد پوشش داده شده در تأسیسات دانشگاه Aix Marseille در فرانسه و Forschungszentrum Jülich GmbH در آلمان انجام داد. در طول این آزمایش‌ها، او کشف کرد که وقتی مواد را تا دمای بالاتر گرم می‌کند، ذرات هیدروژن به دام افتاده را بدون تغییر پوشش‌ها آزاد می‌کند – فرآیندی که اساساً مواد را بازسازی می‌کند تا بتوان دوباره از آن استفاده کرد.

یکی دیگر از مزایای بزرگ سرما افشانه روش به این صورت است که به ما اجازه می دهد تا با اعمال یک قطعه جدید، اجزای راکتور را در محل تعمیر کنیم پوشش“یالووگا می گوید. “در حال حاضر آسیب دیده است راکتور اجزاء اغلب باید برداشته شوند و با یک قطعه کاملاً جدید جایگزین شوند که گران و وقت گیر است.”

محققان قصد دارند از مواد جدید خود در آینه متقارن محوری ویسکانسین HTS (WHAM) استفاده کنند. این واحد آزمایشی در نزدیکی مدیسون، ویسکانسین در حال ساخت است و به عنوان نمونه اولیه برای نسل بعدی نیروگاه همجوشی که قصد توسعه آن از UW-Madison را دارد، عمل خواهد کرد. آزمایش WHAM که در آزمایشگاه علوم فیزیکی قرار دارد، مشارکتی بین UW-Madison، MIT و Commonwealth Fusion Systems است.

“ایجاد یک کامپوزیت فلزی نسوز با این ویژگی‌های مدیریت هیدروژن به خوبی کنترل شده همراه با مقاومت در برابر فرسایش و استحکام کلی مواد، پیشرفتی برای طراحی دستگاه پلاسما و سنتز اشمیتز می گوید: سیستم های انرژی، چشم انداز تغییر آلیاژ و ترکیب سایر فلزات نسوز برای بهبود کامپوزیت برای کاربردهای هسته ای بسیار هیجان انگیز است.