核融合發電又近了一步!科學家研發新型奈米複合材料 以「金屬血管」克服反應爐氦脆化問題

核融合發電又近了一步!科學家研發新型奈米複合材料 以「金屬血管」克服反應爐氦脆化問題
▲位於麻省理工學院的 Alcator C-Mod 托卡馬克反應爐。(圖/翻攝自 Inhabitat)

陳建鈞/綜合報導

多年來,核融合發電一直是人類夢寐以求的能源管道,成本低、廢料相對乾淨且安全性更高,環保又有效率,然而,技術上重重阻礙,讓核融合發電一直難以實現,不過現在,德州 A&M 大學等美國研究機構,研發出新型奈米複合材料,以「金屬血管」克服氦造成的材料脆化問題,使核融合發電又近了一步。

核融合產生的「氦」,儘管是個對自然無害乾淨副產物,卻會在反應爐的結構缺陷處聚集形成氦泡,進而影響材料強度,使金屬變得脆弱,一直以來是核融合發電待解決的難題之一。

德州 A&M 大學副教授 Michael Demkowicz 表示,「因為金屬是固體,進入金屬內的氦泡會永遠存在,不斷累積,當氦泡越來越多開始相連時,就會毀了整個反應爐材料。」

不過,根據《ScienceDaily》報導,美國洛斯阿拉莫斯國家實驗室、麻省理工學院、德州 A&M 大學攜手為這個難題找出了解答,他們成功研發出一種奈米複合材料能夠克服氦泡的問題。

▲氦會在奈米複合材料內形成細長通道。(圖/翻攝自 Gigazine,下同)

該奈米複合材料由許多厚金屬層(Metal Layer)製成,他們發現,氦進入該材料後不會形成氦泡,而是變成一條條又細又長的「血管」──或許該說氦管;Demkowicz 解釋,「當越來越多的氦進入材料內時,氦管會開始相連,形成宛如血管系統般的網路,而不會影響材料強度。」

這一研究發現,為打造抗氦反應爐材料提供了一個可能性,Demkowicz 和其他研究人員認為,氦可以通過這些「血管」移動,並排出材料外,而不會持續累積,終至影響強度結構。


▲氦通道的形成模擬。

研究團隊的成果,不僅使世界看見核融合發電的曙光,這項奈米複合材料的應用,除了在核反應爐材料外,也充滿無限可能。

「反應爐不過是冰山一角的微小應用。」Demkowicz 相當看好這項技術的未來發展,「我覺得應該把重點放在血管般的組織網路,除了氦氣以外,還有什麼可以通過這樣的細長通道?也許熱能、電力,甚至是可以幫助材料自我修復的化學物質。」

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