18.07.2019
PL EN
22.03.2019 aktualizacja 22.03.2019

Jest nowy, odporny na promieniowanie materiał do reaktorów syntezy termojądrowej

Dr inż Jan Wróbel. Fot. Archiwum prywatne Dr inż Jan Wróbel. Fot. Archiwum prywatne

Naukowcy, a wśród nich Polacy, opracowali nowy, bardzo odporny na promieniowanie materiał. Może on zrewolucjonizować projektowanie elementów konstrukcyjnych w reaktorach syntezy termojądrowej.

W pracach międzynarodowego zespołu, których wyniki przedstawiono w prestiżowym czasopiśmie "Science Advances", uczestniczyła grupa ekspertów pod kierunkiem dra inż. Jana Wróbla z Politechniki Warszawskiej. Prace polskich badaczy sfinansowane zostały z programu HOMING Fundacji na rzecz Nauki Polskiej (FNP).

Naukowcy mierzyli się z jednym z głównych problemów technologicznych związanych z energetyką jądrową. Polega on na tym, że materiały konstrukcyjne pod wpływem napromieniowania ulegają niszczeniu. Rozwiązaniem problemu może być zastosowanie tzw. stopów o wysokiej entropii, czyli o dużym stopniu nieuporządkowania atomów. Jest to nowa klasa materiałów, składających się z czterech lub więcej składników o podobnym stężeniu. Stopione ze sobą składniki mają wyjątkową mikrostrukturę i unikalne właściwości - czytamy w informacji przesłanej PAP przez FNP.

Jak wynika z najnowszych badań opublikowanych w czasopiśmie "Science Advances", stop o wysokiej entropii W-Ta-Cr-V (wolfram, tantal, chrom, wanad) jest niezwykle odporny na promieniowanie i zachowuje znakomite właściwości mechaniczne. Z tego względu materiał ten jest atrakcyjnym kandydatem do zastosowań w elementach konstrukcyjnych przyszłych reaktorów jądrowych lub syntezy termojądrowej.

Publikacja jest efektem międzynarodowej współpracy naukowców z Wydziału Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej z naukowcami z Los Alamos National Laboratory, Argonne National Laboratory i Pacific Northwest National Laboratory w USA oraz z Culham Centre for Fusion Energy w Anglii.

Badacze próbowali zrozumieć, w jaki sposób uporządkowanie atomowe oraz podstawowe właściwości stopów zależą od stężeń poszczególnych pierwiastków oraz od temperatury. Grupa dr. inż. Jana Wróbla wyjaśniła, dlaczego w stopie wydzielają się fazy o zwiększonej zawartości atomów wanadu i chromu.

Ze względu na olbrzymią liczbę możliwych kombinacji, zarówno doboru pierwiastków jak i ich stężeń, eksperymentalne przebadanie wszystkich kombinacji stopów nie było możliwe. Dlatego polscy naukowcy stworzyli model teoretyczny. Połączył on metody obliczeniowe oparte na mechanice kwantowej z metodami statystycznymi.

"Stworzony przez mój zespół model (...) wykazał, że w stopie W-Ta-Cr-V występuje silna tendencja do przyciągania pomiędzy atomami V i Cr, które jest przyczyną wydzielania faz V-Cr obserwowanych eksperymentalnie przez naszych współpracowników z USA. Co więcej, symulacje komputerowe przeprowadzane systematycznie w szerokim zakresie stężeń i temperatur mogą się przyczynić do znalezienia optymalnego składu stopu, który potencjalnie może mieć jeszcze lepsze właściwości niż ten opisany w naszej publikacji" - mówi dr Wróbel.

PAP - Nauka w Polsce

kol/ zan/

Copyright © Fundacja PAP 2019