輻射損害降低了潛在的聚變反應(yīng)堆材料的熔點

輻射損傷降低了金屬鎢的熔點，這種效應(yīng)可能導(dǎo)致核聚變反應(yīng)堆中的材料失效以及材料暴露于來自極熱聚變等離子體的粒子輻射的其他應(yīng)用。這是今天發(fā)表在Science Advances上的一項研究的結(jié)果，該研究由能源部SLAC國家加速器實驗室的研究人員領(lǐng)導(dǎo)。

為了模擬材料在融合實驗的惡劣條件下可以承受的損害，該團(tuán)隊用高能離子轟擊鎢樣品。然后，他們用高功率激光加熱樣品并“拍攝”樣品的原子如何用SLAC的超快“電子相機(jī)”(超快電子衍射儀器(MeV-UED))作出響應(yīng)。他們發(fā)現(xiàn)損壞的鎢在比原始鎢更低的溫度下液化。將他們的實驗數(shù)據(jù)與先進(jìn)的模擬結(jié)合起來，研究人員首次可以量化超快熔化過程如何受到輻射損傷的影響。

科學(xué)家表示，這些結(jié)果可能有助于設(shè)計聚變反應(yīng)堆材料，例如提供處理損傷地點的想法。他們還強(qiáng)調(diào)了SLAC的Linac相干光源(LCLS)X射線激光器的高能量升級以及激光設(shè)備功率增強(qiáng)的重要性，這將為在極端條件下進(jìn)行更詳細(xì)的材料研究鋪平道路。

用SLAC的超快電子衍射儀器(MeV-UED)捕獲的激光誘導(dǎo)的輻射損傷鎢熔化。儀器的高能電子束穿過鎢樣品，在探測器(環(huán))上產(chǎn)生特征散射圖，研究人員可以從中確定樣品的原子結(jié)構(gòu)。隨著時間的推移，模??式的變化揭示了快速融化過程的原子細(xì)節(jié)。圖片來源：SLAC國家加速器實驗室

用高功率激光脈沖加熱后輻射損傷鎢快速熔化過程的計算機(jī)模擬。每個點代表材料中的原子。顏色表示原子是否是有序固態(tài)的一部分(紅色); 一種混亂，液化的狀態(tài)(藍(lán)色); 或者介于兩者之間的狀態(tài)(綠色)。電影展示了材料如何從固態(tài)快速轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)。圖片來源：SLAC國家加速器實驗室