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美國威斯康星大學(xué)麥迪遜分校工程師使用超音速冷噴涂技術(shù)，生產(chǎn)出一種新的核聚變“主力軍”材料，可承受聚變反應(yīng)堆內(nèi)的惡劣條件。最近發(fā)表在《物理寫作》雜志上的這一進(jìn)展，有助于實現(xiàn)更高效的緊湊型聚變反應(yīng)堆。
核聚變科學(xué)家正在迫切尋找一種經(jīng)濟的方式，以制造能在聚變反應(yīng)堆中直面高溫等離子體的部件。
在聚變裝置中，等離子體（一種電離的氫氣）被加熱到極高的溫度，等離子體中的原子核相互碰撞并融合。這種聚變過程產(chǎn)生能量。然而，一些氫離子可能被中和并從等離子體中逸出。這些氫中性粒子會在等離子體中造成功率損失，使維持高溫等離子體和運行有效的小型聚變反應(yīng)堆變得具有挑戰(zhàn)性。這項研究首次證明，將冷噴涂技術(shù)用于聚變應(yīng)用有好處。
鉭是一種可以承受高溫的金屬，擅長捕獲氫。研究人員使用冷噴涂工藝使不銹鋼上沉積了一層鉭。噴涂過程中，涂層材料顆粒以超音速的速度噴涂到不銹鋼表面。撞擊時，顆粒會像煎餅一樣變平，覆蓋整個表面，同時保留涂層顆粒之間的納米級邊界。研究人員發(fā)現(xiàn)，這些微小的邊界有助于吞入氫粒子。
研究人員在與聚變反應(yīng)堆相關(guān)的極端條件下測試了鉭涂層，發(fā)現(xiàn)它表現(xiàn)得非常好。實驗還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)材料加熱到更高的溫度時，鉭涂層能在不改變自身的情況下吐出捕獲的氫粒子。這一過程本質(zhì)上可使材料再生，以便再次使用。
冷噴涂方法不僅提高了鉭捕獲氫離子的能力，還允許人們能在現(xiàn)場修復(fù)反應(yīng)堆部件。
研究人員創(chuàng)造出一種耐火金屬復(fù)合材料，它具有良好的氫氣處理方式，以及耐腐蝕性和彈性，這是等離子體設(shè)備和聚變能源系統(tǒng)設(shè)計的突破。
