对于所谓的“贵族”气体,氦气一直是使聚变能实用化的最大障碍之一。氦已经腐蚀了曾经用来制造反应室的每一种材料——或者直到最近发现仍然受到氦腐蚀的纳米复合材料,但它似乎很好地引导了损坏,以至于聚变能可能是更接近成为一种实用的能源选择。
恒星本质上是聚变反应堆。在恒星内部,成对的质子碰撞在一起并融合成氘(氢的两种形式之一)。当它们融合时,它们会发射一个正电子和一个中微子。正电子遇到电子,两者相互湮灭,产生伽马射线,这是太阳光的最终来源。同时,杂散的质子与氘原子碰撞,形成氦(He)。
氦与其他稀有气体一样,是无色、无味和惰性的。它没有毒性,也不是温室气体。这通常会使它成为一种完全无害的副产品。但氦气也非常轻,正因为如此,它往往会潜入并穿过大多数其他材料。这对恒星没有任何影响,但当科学家在反应堆内进行聚变时,这是一个重大问题。
在聚变反应堆中,氦气泡进入安全壳壁,积聚成气泡,最终从材料中渗出,最终在外壁上产生水泡,通常会破坏材料的结构完整性。研究人员将核聚变系统中的影响描述为“毁灭性的”。
洛斯阿拉莫斯国家实验室的研究人员尝试了不同的处理技术,试图找到一些可能不受氦腐蚀的材料组合。基于之前实验中不同材料的反应,研究人员决定尝试一种钒铜钒夹层纳米层。他们对可能发生的事情有一些期望,但对结果感到惊讶。
研究人员在他们的论文中报告说:“与其在保持等轴状态的同时不断膨胀,[氦] 沉淀物被限制在纳米层内,自发地聚结成细长的、充满 He 的通道。 ” (顺便说一句,我们不得不承认我们必须查找“等轴”。这意味着在所有方向上具有大致相等的尺寸。不客气。)
事实证明,氦气自然地钻出最终成为通风口的结构化通道。就这样,腐蚀仍然发生,但以一种出乎意料的可控方式阻止了进一步的腐蚀。研究人员自豪地宣布,这是一种新的氦沉淀物。
研究人员解释说,这种行为“是由于金属层内的沉淀物的限制,以及与该层结合的异相界面上界面能的不均匀、位置相关的分布。”
实际上,它表明有可能最终建造不会快速分解的聚变发电机。
你知道氦是唯一不能通过降低温度来固化的液体,对吧?
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