作者:张佳欣 来源:科技日报 发布时间:2023/12/19 14:22:43
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“吞吐氢气”材料可作核聚变防火墙

 

科技日报北京12月18日电 (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,生产出一种新的核聚变“主力军”材料,可承受聚变反应堆内的恶劣条件。最近发表在《物理写作》杂志上的这一进展,有助于实现更高效的紧凑型聚变反应堆。

核聚变科学家正在迫切寻找一种经济的方式,以制造能在聚变反应堆中直面高温等离子体的部件。

在聚变装置中,等离子体(一种电离的氢气)被加热到极高的温度,等离子体中的原子核相互碰撞并融合。这种聚变过程产生能量。然而,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运行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。

 
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