Οι αντιδραστήρες πυρηνικής σύντηξης θεωρούνται μια πιθανή λύση για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας με χαμηλότερο περιβαλλοντικό αποτύπωμα. Ωστόσο, οι ακραίες συνθήκες στο εσωτερικό τους μπορούν να προκαλέσουν σημαντικές φθορές στα υλικά που περιβάλλουν το υπέρθερμο πλάσμα.
Τα νετρόνια προκαλούν αλυσιδωτές συγκρούσεις
Κατά τις αντιδράσεις σύντηξης παράγονται νετρόνια υψηλής ενέργειας. Όταν ένα τέτοιο νετρόνιο συγκρούεται με ένα άτομο, μπορεί να το απομακρύνει από τη φυσιολογική θέση του στο κρυσταλλικό πλέγμα.
Το εκτοπισμένο άτομο μπορεί στη συνέχεια να συγκρουστεί με άλλα άτομα, προκαλώντας νέους εκτοπισμούς. Η διαδικασία αυτή δημιουργεί μια αλυσιδωτή αντίδραση γνωστή ως πρωτογενής βλάβη από ακτινοβολία.
Προσομοιώσεις με ένα δισεκατομμύριο άτομα
Ερευνητές του Πανεπιστημίου του Ελσίνκι χρησιμοποίησαν εξαιρετικά μεγάλης κλίμακας προσομοιώσεις μοριακής δυναμικής για να μελετήσουν τη συμπεριφορά του βολφραμίου όταν δέχεται σωματίδια πολύ υψηλής ενέργειας.
Με τη βοήθεια ενός μοντέλου μηχανικής μάθησης κατάφεραν να προσομοιώσουν έως και ένα δισεκατομμύριο άτομα ταυτόχρονα, επιτρέποντας την παρατήρηση φαινομένων που ήταν δύσκολο να μελετηθούν σε μικρότερα υπολογιστικά μοντέλα.
Τέσσερις διαφορετικές περιοχές βλάβης
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η σχέση μεταξύ της ενέργειας ανάκρουσης και του αριθμού των ατομικών ελαττωμάτων στο βολφράμιο είναι πιο σύνθετη από ό,τι θεωρούνταν.
Σύμφωνα με τα αποτελέσματα, η αύξηση της βλάβης περνά από διαφορετικά καθεστώτα: αρχικά είναι υπογραμμική, στη συνέχεια γίνεται υπεργραμμική και τελικά γραμμική.
Αυτό σημαίνει ότι σε εξαιρετικά υψηλές ενέργειες, αντίστοιχες με εκείνες που αναμένονται σε περιβάλλοντα σύντηξης, η ζημιά στο βολφράμιο μπορεί να είναι μεγαλύτερη από τις προηγούμενες εκτιμήσεις.
Σημαντικά δεδομένα για τους αντιδραστήρες σύντηξης
Το βολφράμιο θεωρείται ένα από τα σημαντικότερα υλικά για εξαρτήματα αντιδραστήρων σύντηξης, λόγω των ιδιοτήτων του σε ακραίες θερμοκρασίες και συνθήκες ακτινοβολίας.
Τα νέα αποτελέσματα μπορούν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να προβλέψουν καλύτερα τη διάρκεια ζωής των εξαρτημάτων και τον ρυθμό με τον οποίο θα υποβαθμίζονται κατά τη λειτουργία ενός αντιδραστήρα.
Η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει να επεκτείνει τις προσομοιώσεις σε ακόμη μεγαλύτερες κλίμακες και υψηλότερες δόσεις ακτινοβολίας, εξετάζοντας παράλληλα τον ρόλο της μικροδομής του υλικού, όπως το μέγεθος των κόκκων, τα όρια των κόκκων και τα στοιχεία κραματοποίησης.
