Μια νέα μελέτη του SLAC National Accelerator Laboratory αποκαλύπτει ότι ο χαλκός συμπεριφέρεται διαφορετικά από ό,τι προέβλεπαν οι προσομοιώσεις όταν θερμαίνεται εξαιρετικά γρήγορα. Το εύρημα μπορεί να βοηθήσει στον σχεδιασμό υλικών για μελλοντικούς αντιδραστήρες σύντηξης.
Οι ερευνητές θέρμαναν ένα λεπτό φιλμ χαλκού με λέιζερ και ταυτόχρονα χρησιμοποίησαν μια ειδική ηλεκτρονική κάμερα για να παρακολουθήσουν την κίνηση των ατόμων σε χρονική κλίμακα femtosecond.
Η απρόσμενη συμπεριφορά του χαλκού
Οι προηγούμενες προσομοιώσεις έδειχναν ότι ο χαλκός θα άρχιζε να λιώνει στις επιφάνειές του, καθώς η θερμοκρασία πλησίαζε τους 1.085 βαθμούς Κελσίου. Όσο η θερμοκρασία αυξανόταν, το λιώσιμο θα προχωρούσε προς το εσωτερικό.
Όταν όμως η θερμοκρασία έφτανε περίπου τους 1.424 βαθμούς Κελσίου, το υπόλοιπο κρυσταλλικό πλέγμα αναμενόταν να καταρρεύσει σχεδόν στιγμιαία και να μετατραπεί σε πλήρως άτακτη υγρή κατάσταση.
Το πείραμα έδειξε κάτι διαφορετικό. Ακόμη και πάνω από το όριο υπερθέρμανσης, ο χαλκός συνέχισε να λιώνει σταδιακά.
Η πίεση αλλάζει την εικόνα
Οι ερευνητές θεωρούν ότι η διαφορά οφείλεται στις πραγματικές συνθήκες πίεσης κατά τη διάρκεια της υπερταχείας θέρμανσης. Τα προηγούμενα μοντέλα αντιμετώπιζαν την πίεση ως στατική και ομοιόμορφη, ενώ στο πείραμα τα άτομα μπορούσαν να μετακινηθούν και να χαλαρώσουν τη δομή τους.
Όταν οι ερευνητές πρόσθεσαν αυτές τις δυναμικές συνθήκες στις προσομοιώσεις, κατάφεραν να αναπαράγουν τη συμπεριφορά που παρατήρησαν στο πείραμα.
Η μελέτη αποκάλυψε επίσης ενδείξεις ενός φαινομένου που ονομάζεται premelting, κατά το οποίο εμφανίζεται αταξία στις επιφάνειες και στα όρια μικροσκοπικών κόκκων πριν από το κανονικό σημείο τήξης.
Σημαντικό για τη σύντηξη
Το αποτέλεσμα έχει ιδιαίτερη σημασία για τη μελλοντική ενέργεια σύντηξης. Τα υλικά γύρω από το πλάσμα θα πρέπει να αντέχουν απότομες και ακραίες θερμικές καταπονήσεις. Ο χαλκός και τα κράματά του θεωρούνται υποψήφια υλικά για την απορρόφηση και διαχείριση αυτών των θερμικών φορτίων.
Οι ερευνητές σχεδιάζουν τώρα να εξετάσουν πώς συμπεριφέρεται ο χαλκός υπό διαφορετικές συνθήκες πίεσης και στη συνέχεια να μελετήσουν πιο σύνθετα κράματα. Τα νέα δεδομένα αναμένεται να βελτιώσουν τις προσομοιώσεις που χρησιμοποιούνται για την επιλογή υλικών ικανών να επιβιώσουν στο ακραίο περιβάλλον ενός αντιδραστήρα σύντηξης.
