Jest nowy, odporny na promieniowanie materiał do reaktorów 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/