Солнце вырабатывает энергию, объединяя атомы водорода, каждый с одним протоном, в атомы гелия, которые содержат два протона. Гелий является побочным продуктом этой реакции. Хотя он не угрожает окружающей среде, он наносит ущерб материалам, необходимым для создания термоядерного реактора.«Гелий — это элемент, который мы обычно не считаем вредным, — сказал д-р Майкл Демкович, доцент кафедры материаловедения и инженерии. «Он не токсичен и не является парниковым газом, что является одной из причин, почему термоядерная энергия так привлекательна».
Однако, если вы заставите гелий проникнуть внутрь твердого материала, он выскочит наружу, как пузырьки углекислого газа в газированной воде.«Буквально, вы получаете эти пузырьки гелия внутри металла, которые остаются там навсегда, потому что металл твердый», — сказал Демкович. «По мере того, как вы накапливаете все больше и больше гелия, пузырьки начинают соединяться и разрушать весь материал».
Работая с группой исследователей из Лос-Аламосской национальной лаборатории в Нью-Мексико, Демкович исследовал, как гелий ведет себя в твердых телах нанокомпозитов, материалах, состоящих из стопок толстых металлических слоев. Их результаты, недавно опубликованные в Science Advances, стали неожиданностью.
Вместо того, чтобы создавать пузыри, гелий в этих материалах образовывал длинные каналы, напоминающие вены в живых тканях.«Мы были потрясены увиденным», — сказал Демкович. «По мере того, как вы помещаете все больше и больше гелия внутрь этих нанокомпозитов, вместо того, чтобы разрушать материал, вены фактически начинают соединяться между собой, в результате образуется своего рода сосудистая система».Это открытие открывает путь к созданию гелиеустойчивых материалов, необходимых для воплощения энергии термоядерного синтеза в реальность.
Демкович и его сотрудники полагают, что гелий может перемещаться по сетям жил, образующихся в их нанокомпозитах, в конечном итоге выходя из материала, не вызывая каких-либо дальнейших повреждений.Демкович сотрудничал с Ди Ченом, Нан Ли, Кевином Болдуином и Юнцян Ванем из Лос-Аламосской национальной лаборатории, а также бывшей студенткой Диной Юрьевой из Массачусетского технологического института. Проект поддержан программой лабораторных исследований и разработок Национальной лаборатории Лос-Аламоса.«Применение в термоядерных реакторах — это лишь верхушка айсберга», — сказал Демкович. «Я думаю, что более широкая картина здесь в васкуляризированных твердых телах, которые похожи на ткани с сосудистыми сетями.
Что еще можно переносить через такие сети? Возможно, тепло, электричество или даже химические вещества, которые могут помочь материалу самовосстановиться».