Fuzijski reaktori stvaraju ekstremne uvjete, a materijali sposobni izdržati takve uvjete do sada su predstavljali ozbiljan izazov. Međutim, nova istraživanja s MIT-a donose nadu za budućnost zelene energije.
Za postizanje vizije zelene energetske budućnosti kroz fuzijsku tehnologiju, znanstvenici su suočeni s nužnošću stvaranja reaktora koji mogu preživjeti najekstremnije uvjete poznate čovjeku. Plazma u takvim reaktorima dostiže temperature od preko 150 milijuna stupnjeva Celzija, a materijali koji bi to mogli izdržati moraju biti izuzetno otporni. U novoj studiji s MIT-a, znanstvenici su analizirali načine kako razviti materijale koji će uspješno odvajati super-vruću plazmu od rashladnih tekućina, ali i spriječiti oštećenja koja nastaju na granicama zrna, što su defekti u atomskoj strukturi metala.
Jedan od ključnih problema kod fuzijskih reaktora jest taj da se atomi helija, koji nastaju interakcijom s visokim energetskim neutronima, nakupljaju u defektnim dijelovima metala, što s vremenom uzrokuje pucanje materijala. Prema najnovijem istraživanju, dodavanjem željezno-silikatnih spojeva unutar vakuumskog zida reaktora, ti atomi helija će se ravnomjernije raspodijeliti po materijalu, umjesto da se koncentriraju na slabim točkama. Ovo otkriće moglo bi značajno produžiti vijek trajanja materijala unutar reaktora.
“Cilj nam je stvoriti materijale koji će spriječiti koncentraciju helija na granicama zrna,” objašnjava profesor Ju Li, vodeći autor studije.
Put prema održivoj energiji
Fizičari širom svijeta već godinama rade na stvaranju fuzijskih reaktora koji bi mogli proizvoditi neograničenu, čistu energiju bez štetnih emisija. Međutim, dosadašnji napori suočeni su s brojnim preprekama. Dok su mnogi tehnički izazovi riješeni, najveći problem ostaje izrada materijala koji mogu izdržati izuzetno visoke temperature i intenzivne neutronske udare unutar fuzijskih reaktora, poput onih u projektu ITER u Francuskoj.
Studija koju je proveo MIT istražuje kako poboljšati materijale za zidove reaktora, koji moraju održavati odvojenu super-vruću plazmu i rashladni sustav, a istovremeno propustiti visokoenergetske neutrone. Problem nastaje jer se neutronska energija u fuzijskim reaktorima drastično razlikuje od one u fisijskim reaktorima, što rezultira stvaranjem helija unutar materijala, što na kraju dovodi do stvaranja pukotina. Kako bi se riješio ovaj problem, istraživači s MIT-a su razvili novu tehniku koja uključuje dodavanje željezno-silikatnih čestica unutar metalne strukture reaktora. Na taj način, umjesto da se helij skuplja na granicama zrna metala i izaziva pucanje, raspodjeljuje se po cijeloj strukturi, čime se značajno smanjuje rizik od kvara.
“Testirali smo ovaj pristup na uzorcima željeza i rezultati su pokazali da željezno-silikat može uspješno pohraniti helijeve atome unutar svoje rešetke,” kaže Li. Ovaj pristup omogućuje ravnomjerno raspoređivanje helija i sprječava njegovo nakupljanje na slabim točkama materijala.
Korak bliže fuzijskoj energiji
Ono što ovaj materijal čini posebno obećavajućim jest činjenica da je potrebno dodati tek oko 1% željezno-silikata u ukupnu masu materijala kako bi se postigao željeni učinak. Ova inovacija mogla bi spriječiti katastrofalne kvarove reaktora i značajno produžiti njihov vijek trajanja. Za sada, istraživači s MIT-a su pokrenuli i startup s ciljem 3D printanja ovih novih materijala za široku industrijsku primjenu. Nuklearna fuzija i dalje ostaje jedan od najvećih znanstvenih izazova, ali rezultati ove studije donose značajan napredak u rješavanju problema otpornosti materijala. S ovim inovacijama, svijet je korak bliže ostvarenju neograničene i čiste energije putem fuzijskih reaktora. Dok ostaje još mnogo posla, nova istraživanja s MIT-a mogla bi biti ključna prekretnica na putu prema realizaciji snova o energetskoj budućnosti bez emisija i štetnih nuspojava.
Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.
