팀은 핵융합 에너지를 높이는 합금을 개발합니다.

2023년 6월 13일

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로스앨러모스 국립연구소

핵융합로 프로토타입과 유사한 극한 환경에서 잘 작동하는 새로 개발된 텅스텐 기반 합금은 핵융합 에너지 활용에 도움이 될 수 있습니다.

Los Alamos National Laboratory의 연구원인 Osman El Atwani는 "새로운 합금은 핵융합로 환경을 대표하는 데 사용되는 고온 및 극한 방사선 환경에서 방사선 저항성과 안정성에 대한 유망한 저항성을 보여줍니다."라고 말했습니다.

"이 합금의 개발과 그것이 나타내는 모델링과 실험 사이의 합의는 더 유용한 합금의 개발을 향한 길을 제시하며, 이는 핵융합 발전을 더욱 강력하고, 비용 효율적이며, 경제적으로 예측 가능하고 투자자들에게 매력적으로 만드는 필수 단계입니다. ."

핵융합 에너지 개념이 현실 세계에 더 가까워짐에 따라 재료 문제를 해결하는 것이 필수적입니다. 고무적인 결과는 El Atwani와 그의 협력자들이 설명한 설계 패러다임과 고엔트로피 합금이 융합 가능성을 활용하는 데 역할을 할 준비가 되어 있음을 나타냅니다.

El Atwani는 여러 국내 및 국제 기관이 참여한 이 프로젝트의 주요 조사관이었습니다. 그들의 결과는 5월 Nature Communications에 게재되었습니다.

핵융합을 통한 청정 에너지 생산에는 태양보다 더 뜨겁게 타는 핵융합 반응과 관련된 고온, 방사선 조사(고에너지 중성자 방사선 및 헬륨 입자 플럭스에 대한 노출) 및 스트레스 등의 가혹한 조건을 견딜 수 있는 재료가 필요합니다.

El Atwani와 그의 동료들은 나노크기(원자) 수준의 결정질 형태를 가지며 5개 이상의 원소로 구성된 합금인 나노결정질 고엔트로피 합금을 개발했습니다. 오랫동안 연구되어 플라즈마 대향 부품용으로 선택된 원소인 텅스텐은 합금의 주요 원소입니다.

불행하게도, 현재의 텅스텐 재료는 융합 조건에서 재료가 분해되고 변형되기 때문에 플라즈마 대향 부품으로서의 생존 가능성이 제한됩니다. 융합에 더 적합한 재료를 개발하기 위해 연구팀은 열물리적 특성 계산, 고급 계산 방법 및 로스 알라모스(Los Alamos), 영국 원자력청, 클렘슨 대학 및 바르샤바 대학을 포함한 여러 기관에서 수행된 시뮬레이션을 사용했습니다.

궁극적으로 모델링과 시뮬레이션을 통해 예측된 성능을 기반으로 합금 혼합물에 하프늄 원소가 선택되었습니다.

Los Alamos의 통합 나노기술 센터에서 합금 필름을 제작한 후 Argonne National Laboratory에서 한 버전의 재료를 조사했습니다. 또 다른 버전은 Los Alamos의 이온빔 재료 연구소에서 조사되었습니다. 현장 전송 전자 현미경을 포함한 첨단 기술은 핵융합 에너지 프로토타입을 복제하는 이러한 가혹한 실험 조건에서 합금이 잘 견디는 것을 보여줍니다.