研究人员利用钨来实现核聚变能源

太平洋西北国家实验室（PNNL）和弗吉尼亚理工学院和州立大学的研究人员利用钨（W）材料研究来实现通过核聚变产生能量的目标。在《科学报告》杂志上发表的这篇论文中，研究人员提出了通过模仿海贝壳结构来改进W重合金来实现核聚变能源。

该论文的第一作者Jacob Haag解释说，太阳的核心温度约为2700万华氏度—是由核聚变驱动的。因此，融合反应产生大量热量是巨大的。这意味着，在科学家们能够将融合能量作为电源之前，他们需要创建能够承受融合反应所带来的高温和辐射条件的先进核聚变反应堆。

W是具有最高熔点之一的元素，这使它成为融合反应堆中使用的最具吸引力的材料。然而，W也可能非常脆弱。将其与少量其他金属（如镍和铁）混合，可形成比纯W更坚韧且保持高熔点温度的合金。

根据Haag的说法，这些W重合金的性质不仅来自于它们的成分—材料的热力学处理也可以改变拉伸强度和断裂韧性等性质。一种特殊的热轧技术在W重合金中产生了模仿海贝壳中珍珠母的微观结构。通常来说珍珠母具有非凡的强度。PNNL和Virginia Tech研究团队调查了这些模仿珍珠母的W重合金在潜在核聚变应用中的作用。

为了更近距离地观察合金的微观结构，Haag及其小组使用扫描透射电子显微镜观察原子结构。他们还使用能量色散X射线光谱学和原子探针断层成像相结合来绘制材料界面的纳米级组成。

在类似于珍珠母贝壳的结构内，W重合金由两个不同相组成：几乎纯粹钨的“硬性”相和含有镍、铁和钨混合物的“柔性”相。研究结果表明，W重合金高强度来源于不同相之间优异粘接，包括紧密粘接“硬性”和“柔性”两个相。

“尽管两个不同的相形成了坚固的复合材料，但它们在为表征准备高质量样品时带来了重大挑战，”PNNL计算科学家、此论文的合著者Wahyu Setyawan在新闻发布会上说。“我们团队成员在这方面做得非常出色，使我们能够揭示相界面的详细结构以及这些界面上化学梯度。”

该研究展示了晶体结构、几何形状和化学如何促进钨重合金中强大材料界面。它还揭示了改善材料设计和性能以实现核聚变能源。“如果要在核反应堆内部使用这些双相合金，则有必要对其进行优化以确保安全和长寿，”Haag说。（来源mining.com）

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