Forskere tager næste skridt mod fusionsenergi

Fusion er den proces, der driver solen, at udnytte det på Jorden ville give ubegrænset ren energi. Imidlertid, forskere siger, at opførelsen af ​​et fusionskraftværk har vist sig at være en skræmmende opgave, ikke ringe del, fordi der ikke har været materialer, der kunne overleve de opslidende forhold, der findes i kernen af ​​en fusionsreaktor. Nu, forskere ved Texas A&M University har opdaget en måde at lave materialer, der kan være egnede til brug i fremtidige fusionsreaktorer.

Solen laver energi ved at fusionere brintatomer, hver med en proton, til helium atomer, som indeholder to protoner. Helium er biproduktet af denne reaktion. Selvom det ikke truer miljøet, det ødelægger de materialer, der er nødvendige for at lave en fusionsreaktor.

"Helium er et grundstof, som vi normalt ikke tænker på som værende skadeligt, " sagde Dr. Michael Demkowicz, lektor ved Institut for Materialevidenskab og Teknik. "Det er ikke giftigt og ikke en drivhusgas, hvilket er en af ​​grundene til, at fusionskraft er så attraktiv."

Imidlertid, hvis du tvinger helium ind i et fast materiale, det bobler ud, meget som kuldioxidbobler i kulsyreholdigt vand.

"Bogstaveligt talt, du får disse heliumbobler inde i metallet, som bliver der for evigt, fordi metallet er fast, " sagde Demkowicz. "Når du ophober mere og mere helium, boblerne begynder at hænge sammen og ødelægge hele materialet."

Arbejder med et team af forskere ved Los Alamos National Laboratory i New Mexico, Demkowicz undersøgte, hvordan helium opfører sig i nanokompositte faste stoffer, materialer lavet af stakke af tykke metallag. Deres resultater, for nylig udgivet i Videnskabens fremskridt , var en overraskelse. I stedet for at lave bobler, helium i disse materialer dannede lange kanaler, der ligner vener i levende væv.

"Vi blev blæst bagover af det, vi så, " sagde Demkowicz. "Når du putter mere og mere helium i disse nanokompositter, i stedet for at ødelægge materialet, venerne begynder faktisk at forbindes, resulterer i et slags vaskulært system."

Denne opdagelse baner vejen for helium-resistente materialer, der er nødvendige for at gøre fusionsenergi til en realitet. Demkowicz og hans samarbejdspartnere mener, at helium kan bevæge sig gennem netværk af vener, der dannes i deres nanokompositter, til sidst at forlade materialet uden at forårsage yderligere skade.

Demkowicz samarbejdede med Di Chen, Nan Li, Kevin Baldwin og Yongqiang Wang fra Los Alamos National Laboratory, samt tidligere studerende Dina Yuryev fra Massachusetts Institute of Technology. Projektet blev støttet af Laboratory Directed Research and Development-programmet ved Los Alamos National Laboratory.

"Anvendelser til fusionsreaktorer er kun toppen af ​​isbjerget, Demkowicz sagde. "Jeg tror, ​​det større billede her er i vaskulariserede faste stoffer, dem, der ligner væv med vaskulære netværk. Hvad kunne ellers transporteres gennem sådanne netværk? Måske varme eller elektricitet eller endda kemikalier, der kunne hjælpe materialet med at helbrede sig selv."