پوشش تانتالیوم اسپری سرد عملکرد راکتور فیوژن را افزایش می دهد

ماده جدید که با پاشش یک پوشش تانتالیوم (Tantalum) بر روی فولاد ضد زنگ ایجاد شده است، می تواند در شرایط سخت داخل راکتورهای همجوشی (Fusion Reactor) مقاومت کند.

این ماده به ویژه در به دام انداختن ذرات هیدروژن، عاملی حیاتی برای عملکرد دستگاه های همجوشی فشرده به شمار می آید.

مهندسان دانشگاه ویسکانسین مدیسون از فناوری پوشش اسپری برای تولید ماده جدیدی استفاده کرده‌اند که می‌تواند در شرایط سخت درون یک راکتور همجوشی مقاومت کند و پیشرفت اخیر می تواند راکتورهای همجوشی فشرده کارآمدتری را فعال کند که تعمیر و نگهداری آسان تر است.

این پیشرفت، در مقاله ای که اخیراً در مجله Physica Scripta منتشر شده است، به تفصیل شرح داده شده است.

Mykola Ialovega محقق فوق دکترا در مهندسی هسته‌ای و فیزیک مهندسی در UW-Madison و نویسنده اصلی مقاله وضعیت را بررسی کرد: جامعه همجوشی فوری به دنبال رویکردهای تولیدی جدید برای تولید اقتصادی اجزای بزرگ رو به پلاسما در راکتورهای همجوشی است.

فناوری ما نسبت به رویکردهای فعلی پیشرفت های قابل توجهی را نشان می دهد و با این تحقیق، ما اولین کسی هستیم که مزایای استفاده از فناوری پوشش اسپری سرد را برای کاربردهای همجوشی نشان می‌دهیم.

محققان از فرآیند اسپری سرد برای رسوب پوششی از تانتالیوم، فلزی که می تواند در دمای بالا مقاومت کند، روی فولاد ضد زنگ استفاده کردند.

آنها پوشش تانتالیوم اسپری سرد خود را در شرایط شدید مربوط به یک راکتور همجوشی آزمایش کردند و دریافتند که عملکرد بسیار خوبی دارد. نکته مهم، آنها کشف کردند که این ماده در به دام انداختن ذرات هیدروژن فوق العاده خوب است، که برای دستگاه های همجوشی فشرده مفید است.

کومار سریدهان، استاد مهندسی هسته ای و مهندسی فیزیک و علم و مهندسی مواد، خاطرنشان کرد: ما کشف کردیم که پوشش تانتالیوم اسپری سرد به دلیل ریزساختار منحصر به فرد پوشش، هیدروژن بسیار بیشتری نسبت به تانتالیوم حجیم جذب می کند.

در دهه گذشته گروه تحقیقاتی Sridharan فناوری اسپری سرد را با اجرای آن برای کاربردهای متعدد مرتبط با راکتورهای شکافت به جامعه انرژی هسته‌ای معرفی کرده است.

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

در دستگاه های همجوشی، پلاسما – یک گاز هیدروژن یونیزه شده – تا دمای بسیار بالا گرم می شود و هسته های اتمی در پلاسما با هم برخورد می کنند و ذوب می شوند و این فرآیند همجوشی، انرژی تولید می کند.

با این حال برخی از یون های هیدروژن ممکن است خنثی شده و از پلاسما خارج شوند.

یالووگا، که در گروه تحقیقاتی الیور اشمیتز، پروفسور 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 مؤثر را بسیار چالش برانگیز می‌کند.

به همین دلیل است که محققان به دنبال ایجاد یک سطح جدید برای دیواره‌های راکتور رو به پلاسما شدند که می‌تواند ذرات هیدروژن را هنگام برخورد با دیواره‌ها به دام بیندازد.

تانتالوم ذاتاً در جذب هیدروژن خوب است - و محققان گمان کردند که ایجاد یک پوشش تانتالیوم با استفاده از فرآیند اسپری سرد، توانایی آن را در جذب هیدروژن حتی بیشتر افزایش می‌دهد.

ایجاد یک پوشش اسپری سرد تا حدودی مانند استفاده از یک قوطی رنگ اسپری است.

این شامل رانش ذرات ماده پوشش با سرعت مافوق صوت بر روی سطح است، در اثر برخورد ذرات مانند پنکیک صاف می شوند و کل سطح را می پوشانند، در حالی که مرزهای مقیاس نانو بین ذرات پوشش حفظ می شود.

محققان کشف کردند که این مرزهای کوچک به دام انداختن ذرات هیدروژن را تسهیل 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 و در طول این آزمایش‌ها، او متوجه شد که وقتی مواد را تا دمای بالاتر گرم می‌کند، ذرات هیدروژن به دام افتاده را بدون تغییر پوشش‌ها بیرون می‌اندازد - فرآیندی که اساساً مواد را بازسازی می‌کند تا بتوان دوباره از آن استفاده کرد.

Ialovega گفت: یکی دیگر از مزایای بزرگ روش اسپری سرد این است که به ما امکان می دهد اجزای راکتور را در محل با اعمال یک پوشش جدید تعمیر کنیم، در حال حاضر اجزای راکتور آسیب دیده اغلب باید برداشته شوند و با یک قطعه کاملاً جدید جایگزین شوند که پرهزینه و زمان بر است.

محققان قصد دارند از مواد جدید خود در آینه متقارن محوری ویسکانسین HTS (WHAM) استفاده کنند.

این دستگاه آزمایشی در نزدیکی مدیسون، ویس، در دست ساخت است و به عنوان نمونه اولیه برای نسل بعدی نیروگاه همجوشی که قصد توسعه آن از UW-Madison را دارد، خواهد بود.

آزمایش WHAM که در آزمایشگاه علوم فیزیکی قرار دارد، مشارکتی بین UW-Madison موسسه فناوری ماساچوست و Commonwealth Fusion Systems است.

پروفسور اشمیتز اظهار داشت: ایجاد یک کامپوزیت فلز نسوز با این ویژگی های کنترل هیدروژن به خوبی کنترل شده همراه با مقاومت در برابر فرسایش و انعطاف پذیری عمومی مواد، پیشرفتی برای طراحی دستگاه های پلاسما و سیستم های انرژی همجوشی است.

چشم انداز تغییر آلیاژ و شامل سایر فلزات نسوز برای تقویت کامپوزیت برای کاربردهای هسته ای بسیار هیجان انگیز است.

محققان در حال ثبت اختراع فناوری خود از طریق بنیاد تحقیقات فارغ التحصیلان ویسکانسین هستند.

مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است... سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد، ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.