Nowa powłoka lepiej ochroni reaktory fuzyjne

[KopalniaWiedzy.pl 358]

Na University of Wisconsin-Madison powstała nowa powłoka, która lepiej chroni ściany reaktora fuzyjnego. Może ona pozwolić na budowę bardziej wydajnych mniejszych reaktorów, które są łatwiejsze w naprawie i utrzymaniu. Potrzebujemy nowych technik produkcyjnych, które pozwolą nam w sposób ekonomiczny wytwarzać komponenty reaktorów fuzyjnych. Nasza technologia oznacza duży postęp w porównaniu z dotychczas stosowanymi rozwiązaniami, mówi Mykola Ialovega, główny autor badań.

Naukowcy wykorzystali technikę natryskowego nanoszenia na zimno powłoki z tantalu na stal nierdzewną. Testy nowej powłoki, którą poddano oddziaływaniu warunków takich, jakie panują w reaktorach fuzyjnych, wypadły bardzo dobrze. Okazało się, że nowy materiał świetnie radzi sobie z więzieniem cząstek wodoru, co ma duże znaczenie w kompaktowych reaktorach fuzyjnych. Odkryliśmy, że natryskowo nanoszony tantal absorbuje znacznie więcej wodoru niż tantal nakładany standardowymi technikami. Ma bowiem unikatową mikrostrukturę, wyjaśnia profesor Kumar Sridharan. W ciągu ostatniej dekady grupa badawcza Sridharana opracowała technikę nanoszenia na zimno na potrzeby przemysłu atomowego i obecnie znajduje ona wiele zastosowań. Dodatkową zaletą tej techniki jest jej prostota.

W reaktorach fuzyjnych plazma, powstała ze zjonizowanego wodoru, podgrzewana jest do ekstremalnie wysokich temperatur, w których atomy wodoru zderzają się ze sobą i łączą, wytwarzając energię. Jednak część jonów wodoru traci swój ładunek, stają się elektrycznie obojętnym atomem i uciekają z plazmy. Te obojętne atomy wodoru powodują utratę mocy z plazmie, przez co utrzymanie gorącej plazmy staje się trudne, co stanowi szczególnie poważne wyzwanie w przypadku niewielkich reaktorów, wyjaśnia Ialovega.

Tantalu dobrze absorbuje wodór, a naukowcy zaczęli podejrzewać, że natryskiwanie na zimno może jeszcze poprawić jego właściwości. Podczas natryskiwania cząstki tantalu przyspieszane są do naddźwiękowych prędkości. Gdy trafiają na powierzchnię, spłaszczają się i pokrywają ją całą, ale pomiędzy takimi spłaszczonymi cząstkami pozostają nanometrowe przerwy i – jak odkryli naukowcy – to w nich zostaje uwięziony wodór.

Ialovega prowadził eksperymenty z nową powłoką na Uniwersytecie Aix Marseille we Francji oraz Forschungszentrum Jülich GmbH w Niemczech. Wykazały one, że po podgrzaniu do wyższej temperatury, atomy wodoru uwięzione w tantalowej powłoce zostają z niej uwolnione, ale sama powłoka nie ulega modyfikacji. Jeszcze inną zaletą nowej powłoki jest fakt, że możemy naprawiać reaktor na miejscu, nanosząc nową powłokę ochronną. Obecnie, jeśli dojdzie do jej uszkodzenia, konieczne jest wymontowanie uszkodzonych części i zainstalowanie nowych, co jest kosztowne i zabiera dużo czasu, wyjaśnia Ialovega.

Odporna na wysokie temperatury powłoka, która pozwala na dobrze kontrolowane przechwytywanie wodoru i wysoce wytrzymała oraz odporna na erozję, to przełom w systemach fuzyjnych. Szczególnie interesująca jest zaś perspektywa zmiany je składu i wprowadzenia innych odpornych metali, podsumowuje profesor Oliver Schmitz, w którego laboratorium pracuje Ialovega.

Nowa powłoka zostanie wykorzystana w budowanym właśnie Wisconsin HTS Axisymmetric Mirror (WHAM). To eksperymentalne urządzenie będzie prototypem dla przyszłych reaktorów następnej generacji. Powstaje ono dzięki współpracy University of Wisconsin-Madison, Massachusetts Institute of Technology (MIT) oraz Commonwealth Fusion Systems.

« powrót do artykułu