Volfram lahko v fuzijnih reaktorjih trpi večjo škodo zaradi sevanja, kot se pričakuje

Volfram, ključni material, ki se uporablja pri gradnji sestavnih delov fuzijskih reaktorjev, je lahko pod ekstremnimi pogoji, ki jih najdemo v teh eksperimentalnih elektrarnah, poškodovan z večjim sevanjem, kot se je prej domnevalo.

Raziskovalna skupina je izvedla obsežne simulacije molekularne dinamike, da bi sledila, kako se volframovi atomi obnašajo, ko so izpostavljeni visokoenergetskim ionskim udarom. Te simulacije so bile možne z naprednimi tehnikami strojnega učenja, ki so raziskovalcem omogočile modeliranje interakcij v nepredstavljivem obsegu, hkrati pa so sledili gibanju milijarde atomov.

Ti nevtroni udarijo v okoliške materiale, premaknejo atome iz njihovih rednih položajev in začnejo verižno reakcijo, znano kot trkaška kaskada. Vsak premaknjen atom lahko povzroči nadaljnje motnje, ki vodijo do strukturnih sprememb in potencialne okvare materiala. Razumevanje, kako materiali, kot je volfram, obvladujejo takšne poškodbe, je ključnega pomena za razvoj trajnih konstrukcij reaktorjev, ki so sposobni vzdržati dolgotrajno izpostavljenost ekstremnemu sevanju.

Podatki kažejo, da se stopnja, s katero se napake kopičijo, sprva počasi povečuje, sublinijsko, in sčasoma preide na hitrejšo, bolj neposredno korelacijo z vnosom energije, superlinijsko.

S tehničnega stališča je zmožnost simuliranja milijard atomov hkrati preboj v računalniškem modeliranju, ki ponuja vpogled v vedenje materiala v ekstremnih pogojih. Znanstveno rezultati zagotavljajo jasnejšo sliko o tem, kako se radijacijsko povzročene napake razvijajo v volframu, kar je bistveno za napovedovanje dolgoročne učinkovitosti v fuzijnih okoljih.

Če se volfram razgradi hitreje, kot je bilo predvideno, bi lahko potrebovali pogostejše vzdrževanje ali izbiro alternativnih materialov. Raziskovalci že delajo na izboljšanju modelov, da bi vključili ta nova opazovanja, s ciljem izboljšanja natančnosti napovedi za realne aplikacije.

Do takrat bo ta študija dragocen prispevek k vse večjemu znanju, ki bo vodilo razvoj trajnostnih rešitev za jedrsko energijo.