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北京前沿科学技术研究院（简称“北前科学院”）成立于2016年9月，北前科学院，是由北京中科光析科学技术研究所，北检（北检）检测技术研究院，标检（北京）质量检测中心等科研单位，组建成立的独立科学科研机构，致力于前沿科学领域的研究与创新人才培养，科学技术转移孵化等，世界前沿新科学普及传播。 更多简介 +
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威斯康星大学麦迪逊分校的工程师们使用喷涂技术生产了一种新的重型材料，可以承受聚变反应堆内的恶劣条件。
最近发表在杂志上的一篇论文详细介绍了这一进展物理脚本,能够实现更高效、更易于维修和维护的紧凑型聚变反应堆。
“聚变界正在迫切寻找新的制造方法，以便在聚变反应堆中经济地生产大型面向等离子体的组件，”UW大学核工程和工程物理博士后研究员、该论文的第一作者米科拉·伊洛维加说。
“我们的技术比目前的方法有了相当大的改进。通过这项研究，我们首次证明了将冷喷涂技术用于融合应用的优势。”
研究人员使用冷喷涂工艺在不锈钢上沉积一层钽涂层，这是一种耐高温的金属。
他们在与聚变反应堆相关的极端条件下测试了冷喷涂钽涂层，发现其性能非常好。
重要的是，他们发现这种材料在捕获氢粒子方面特别出色，这对紧凑型核聚变装置非常有益。
“我们发现冷喷涂钽涂层比块状钽吸收更多的氢，因为涂层具有独特的微观结构，”核工程和工程物理以及材料科学和工程教授Kumar Sridharan说。
在过去的十年中，Sridharan的研究小组通过将冷喷涂技术应用于与裂变反应堆相关的多种应用，将该技术引入了核能界。
“冷喷涂工艺的简单性使其在应用中非常实用，”Sridharan说。
在聚变装置中，等离子体——一种电离的氢气——被加热到极高的温度，等离子体中的原子核发生碰撞并聚变。
聚变过程产生能量。然而，一些氢离子可能被中和并从等离子体中逸出。
“这些氢中性粒子导致等离子体中的功率损失，这使得维持高温等离子体并拥有有效的小型聚变反应堆非常具有挑战性，”核工程和工程物理学教授、奥利弗·舒密兹研究小组的伊阿洛夫加说。
这就是为什么研究人员着手为面向等离子体的反应堆壁创建一个新的表面，该表面可以在氢粒子与壁碰撞时捕获氢粒子。
钽天生就善于吸收氢，研究人员怀疑使用冷喷涂工艺制造钽涂层会进一步增强其氢捕获能力。
创建冷喷涂涂层有点像使用喷漆罐。
它包括将涂层材料的颗粒以超音速推进到表面上。
在撞击时，颗粒像煎饼一样变平并覆盖整个表面，同时保持涂层颗粒之间的纳米级边界。
研究人员发现，这些微小的边界有利于捕获氢粒子。
Ialovega在法国艾克斯马赛大学和德国Forschungszentrum Jülich GmbH的设施中对涂层材料进行了实验。
在这些实验中，他发现当他将材料加热到更高的温度时，它会排出捕获的氢粒子而不会改变涂层-这一过程实质上是再生材料，以便可以再次使用。
“冷喷涂方法的另一大好处是，它允许我们通过应用新涂层来现场修复反应器部件，”Ialovega说。
“目前，损坏的反应堆组件通常需要拆除并更换全新的部件，这既昂贵又耗时。”
研究人员计划在威斯康星州高温超导轴对称反射镜(WHAM)中使用他们的新材料。该实验装置正在威斯康星州麦迪逊附近建造，将作为UW-麦迪逊分拆Realta fusion公司旨在开发的下一代Fusion发电厂的原型。
惠姆实验位于物理科学实验室，是麻省理工学院UW-麦迪逊分校和英联邦聚变系统的合作项目。
Schmitz说:“创造一种具有良好控制的氢处理功能以及耐腐蚀性和一般材料弹性的难熔金属复合材料是等离子体装置和聚变能系统设计的突破。”
“改变合金并加入其他难熔金属以增强核应用复合材料的前景特别令人兴奋。”
研究人员正在通过威斯康星校友研究基金会为他们的技术申请专利。
奥利弗·舒密兹是托马斯和苏珊娜·沃纳教授、UW-麦迪森工程学院研究创新副院长和格兰杰工程学院院长。
Sridharan是格兰杰教授。
来自UW麦迪逊分校的论文的其他共同作者包括:泰勒·达布尼、马科斯·纳瓦罗·冈萨雷斯、华松·杨、丹娜·维勒兹、埃文·威林、杰伊·安德森和卡里·福里斯特。
法国艾克斯马赛大学的Thierry Angot和Régis Bisson以及德国Forschungszentrum Jülich GmbH的Arkadi Kreter也是该论文的共同作者。
这项研究的种子资金部分来自UW-麦迪森的研究前瞻计划。这项研究也得到了美国能源部高级研究计划局(ARPA-E)和美国能源部的资助。
2024-01-20
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