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新型抗氦纳米复合材料诞生!或将开启核聚变应用新时代 – 微米纳米网
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微米和纳米科技材料

新型抗氦纳米复合材料诞生!或将开启核聚变应用新时代

新型抗氦纳米复合材料诞生!或将开启核聚变应用新时代

导语:作为核聚变反应过程中的副产品,氦的产生会对核聚变反应造成一定的削弱作用,而在工程师和研究人员的共同努力下,我们已经找到了一种新方法,可以防止氦对核聚变反应堆的削弱作用。这种方法的秘密就在于使用固体纳米复合材料来建造核反应堆,而副产品氦则可通过这些纳米复合材料的内部孔径通道逸出。

控制核聚变中的氦气

新型抗氦纳米复合材料诞生!或将开启核聚变应用新时代

图 | 阿尔卡特C-Mod托克马克装置的内部,在这里进行的实验将帮助构建一个等离子体和核聚变反应的新场景。(图片来源:等离子科学融合中心)

得克萨斯州A&M大学的研究人员正与新墨西哥州洛斯阿拉莫斯( Los Alamos) 国家实验室的一个小组合作,他们测试了一种新的方法来制造核聚变反应堆所需的材料,并发现该方法有利于人类更好的利用核聚变所产生的能量。

核聚变本来是发生在太阳内部的一种能量转化过程,它产生的能量大约是核裂变的四倍,因此许多人认为聚变反应是核能转化的“圣杯”。但是,虽然核聚变具有广阔的发展前景,但是研究人员目前还没能想出如何将其变成可再生能源的真正可靠来源,其原因如下:

核聚变过程不仅会使反应堆暴露在极高的压力和温度下,而其副产品氦气(氢原子之间的融合副产品)还会在建造反应堆的材料中产生鼓泡,从而增加了反应堆的压力,并最终削弱了核聚变的融合效力。

德克萨斯州A&M大学材料科学与工程系副教授Michael Demkowicz在一篇新闻稿中说道:“本质上来说,因为金属是固体的,这些氦气泡会永久留在金属内部。但随着越来越多的氦气积聚,这些气泡开始彼此连接,继而会摧毁整个反应堆材料。”

在《Science Advances》报道的一项研究中,研究人员概述了他们是如何测试氦气在由厚金属层叠制成的固体纳米复合材料中的性状的。他们发现,与在传统材料中不同的是,氦气在这些固体纳米复合材料中不会形成气泡。相反,它们形成了静脉般长长的通道。

新型抗氦纳米复合材料诞生!或将开启核聚变应用新时代

图 | 显微镜下的观察到的氦气通道和氦气填充模型

(图片来源:得克萨斯州A&M大学)

Demkowicz说:“我们十分惊异于自己所观察到的现象。我们发现,当积聚在这些纳米复合材料中的氦气越来越多,这些副产品非但不会破坏材料,反而会开始相互连接,形成一种类似静脉血管的孔径系统。

确保一个可再生的未来

作为应对全球气候变化的一份子,可再生能源受欢迎程度日益增强。虽然太阳能和风能是最受欢迎的可再生能源,但人们也正重新开始关注核能开发的可能,尤其是熔盐裂变和核聚变等更先进的核能转化形式在可再生方面大规模应用的潜力。

在核聚变方面,许多机构正在寻找可控核聚变的方法,专家们都希望在2030年之前开发一个可行的聚变反应堆原型。虽然一些人正在探索使用非氢等离子体来制作该原型,但其他人更倾向于改进聚变反应堆,而这项新研究可能有助于这些研究人员的工作。

新型抗氦纳米复合材料诞生!或将开启核聚变应用新时代

图 | 更受欢迎的熔盐反应堆

Demkowicz认为,这一发现最直接的应用是核聚变反应堆材料的开发,使用固体纳米复合材料作为反应堆材料可以让氦气逸出,而非留在反应堆内部。纳米复合材料的静脉状隧道可以作为氦气通道,但Demkowicz认为这只是一个开始。

他说:“我认为这里的重点是血管化的立方体,它们就像是有血管网络的组织一样。还有什么可以通过这样的血管网络传输呢?也许热,电,甚至是可以帮助物质自愈的化学物质。“

这一研究新发现不仅让我们重新看到了核聚变作为可再生能源的开发可能,也让我们更加确信科技进步所产生的互益效应,纳米复合材料的创新绝不会只在核聚变中展示出它的应用曙光,未来甚至有可能应用于能量传导或物质传导的可能。我们似乎愈加看到了一个由核聚变开启的无污染的清洁能源时代的到来。

——END


编译:李红玲

编辑 :Soybean

审阅:Soybean

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