Вольфрамове покриття, яке імітує структури морських раковин, витримає термоядерний синтез всередині реактора. Дослідження опубліковано в журналі Scientific Reports.
Фізики з Тихоокеанської північно-західної національної лабораторії і Політехнічного Університету Вірджинії придумали, як підвищити міцність вольфрамових сплавів, щоб вони витримували екстремальні умови всередині термоядерного реактора. Автори пропонують використовувати структури, подібні до морських раковин.
Вольфрам – метал з однією з найвищих температур плавлення, але в чистому вигляді він дуже крихкий, пояснюють автори роботи. Змішуючи вольфрам з невеликими кількостями інших металів, таких як нікель і залізо, можна отримати сплав, більш міцний, ніж чистий метал, який при цьому зберігає високу температуру плавлення.
Щоб ще більше збільшити міцність сплавів, дослідники пропонують використовувати спеціальний метод гарячої прокатки. З його допомогою можна створити всередині сплаву особливі мікроструктури, які імітують перламутр — внутрішній шар раковин прісноводних і морських молюсків. Відомо, що ця структура не тільки відрізняється красивими візерунками і переливами, але також надає раковин міцність.
Мікроструктура природного перламутру (зверху) і прокатного перламутру в вольфрамових сплавах. Зображення: J. V. Haag IV et al., Scientific Reports
Дослідники проаналізували “перламутрову” мікроструктуру сплавів за допомогою скануючої трансмісійної електронної мікроскопії для спостереження за поведінкою атомів. Усередині перламутрової структури важкий вольфрамовий сплав складається з двох окремих фаз: «твердої» фази майже чистого вольфраму і «пластичної» фази, що містить суміш нікелю, заліза і вольфраму.
Результати досліджень показують, що висока міцність вольфрамових важких сплавів обумовлена відмінним зв’язком між різнорідними фазами, включаючи тісно пов’язані «тверді» і «пластичні» фази. У своїй роботі дослідники показали, що, керуючи кристалічною структурою, геометрією та хімічним складом сплаву, можна створити міцні інтерфейси матеріалів у важких сплавах вольфраму.
Такі зміни поліпшать дизайн матеріалу і допоможуть створити сплави досить міцні, довговічні і надійні, щоб витримувати величезні температури і вплив електромагнітного випромінювання всередині термоядерного реактора. Автори відзначають, що лабораторії вже працюють над створенням прототипу корпусу реактора зі сплавів вольфраму.