Новые материалы для термоядерных реакторов

22.11.2024

Термоядерный синтез предлагает почти безграничный и экологически чистый источник энергии. Однако реализация этой технологии требует материалов, способных выдерживать экстремальные условия. Ученые из лаборатории MARVEL (EPFL, Швейцария) разработали подход для поиска таких материалов, что может приблизить использование термоядерной энергии.

Ключевой компонент термоядерных реакторов, дивертор, отвечает за отвод тепла и продуктов реакции, подвергаясь воздействию высоких температур, нейтронов и ионов. Сегодня основным материалом для диверторов в проекте ITER является вольфрам, известный своей термостойкостью. Однако исследователи продолжают искать альтернативы, способные лучше справляться с нагрузками.

Ученые MARVEL использовали базу данных Полинга, анализируя такие свойства, как температура плавления, теплопроводность и плотность, чтобы выявить материалы, которые могут выдерживать условия реакторов. Используя метод оптимизации Парето, они отобрали 71 потенциальный материал.

После первичного анализа исследователи проверили каждый материал на предмет эрозии, взаимодействия с плазмой и другими ограничениями. Некоторые новейшие материалы, например сплавы с высокой энтропией, оказались непригодными для термоядерных реакторов. В итоге список сократился до 21 кандидата.

Для оценки финального списка использовались квантовые модели (DFT). Особое внимание уделялось энергии поверхностной связи (устойчивость к разрушению) и энергии образования междоузлий водорода (взаимодействие с тритием). Это позволило определить, насколько материалы подходят для работы в диверторе без потери эффективности.

В итоговый список вошли как проверенные материалы (вольфрам, графит, алмаз, молибден), так и новые перспективные кандидаты, например, нитрид тантала и керамика на основе бора и азота. Эти материалы демонстрируют потенциал для применения в будущем.

Для дальнейшего анализа ученые планируют использовать нейронные сети, чтобы смоделировать более сложные взаимодействия материалов с нейтронами и плазмой. Это позволит еще точнее оценивать их долговечность.

Новые подходы к поиску материалов делают технологию термоядерного синтеза все ближе к реальности. Совмещение теории и экспериментов открывает путь к созданию надежных и долговечных реакторов, способных обеспечить чистую энергию будущего.

<< Назад: Нейронные механизмы отряхивания собак 22.11.2024

>> Вперед: Желание мяса после пива вызвается гормонами 21.11.2024

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Новый взляд на магнитное поле Земли 31.10.2025

Магнитное поле Земли долгое время считалось относительно стабильной структурой с предсказуемой полярностью. Однако последние исследования японских ученых показывают, что электрическая организация магнитосферы гораздо сложнее и динамичнее, чем предполагалось ранее. Команда исследователей из Киотского, Нагояского и Кюсюского университетов обнаружила, что заряженные области магнитосферы обладают противоположной полярностью по сравнению с традиционными представлениями. Так, утренняя сторона магнитного щита имеет отрицательный заряд, тогда как вечерняя - положительный, вопреки прежним теориям. Юсуке Эбихара из Киотского университета отмечает, что "электрическая сила и распределение зарядов являются следствием, а не причиной движения плазмы". Исследователи пришли к этим выводам с помощью масштабного магнитогидродинамического моделирования, имитирующего взаимодействие солнечного ветра с геомагнитным полем Земли. Моделирование позволило в деталях проследить, как потоки плазмы формируют э ...>>

Влияние белка PF4 на старение крови 31.10.2025

С возрастом наш организм претерпевает множество изменений, в том числе на уровне крови и иммунной системы. Недавние исследования показали, что ключевым фактором этих изменений может быть белок PF4, или platelet factor 4, который играет важную роль в регуляции стволовых клеток костного мозга. Американские ученые из Университета Иллинойса в Чикаго обнаружили, что с возрастом уровень PF4 значительно снижается. Это ослабление контроля над кроветворными стволовыми клетками приводит к нарушению их работы и повышает вероятность развития воспалительных процессов, онкологических заболеваний крови и сердечно-сосудистых проблем. В молодом организме PF4 выполняет функцию "регулятора роста": он контролирует распределение и деление кроветворных стволовых клеток, не позволяя им чрезмерно размножаться. С возрастом эта система контроля ослабевает, клетки начинают делиться чаще, накапливают генетические мутации и постепенно теряют способность создавать полноценные лимфоциты, что ослабляет иммуните ...>>

Музыка юности остается с нами навсегда 30.10.2025

Музыка сопровождает человека всю жизнь, но некоторые мелодии и песни оставляют особенно глубокий след в памяти. Ученые давно замечали, что композиции из подросткового возраста вызывают сильные эмоции даже спустя десятилетия, и недавно международная команда исследователей под руководством Университета Ювяскюля (Финляндия) подтвердила этот эффект научно. В исследовании приняли участие около 2000 человек из 84 стран. Ученые выявили явление, которое они назвали "пиком воспоминаний": эмоциональная привязка к музыке достигает максимума примерно в 17 лет. Именно песни этого периода чаще всего остаются значимыми и вызывают яркие эмоции долгие годы спустя. Интересно, что у мужчин и женщин наблюдаются разные временные рамки этого пика. У мужчин он приходится примерно на 16 лет, тогда как у женщин - на 19. Исследователи объясняют это различие особенностями формирования музыкальной идентичности: юноши чаще ищут самостоятельность и бунт, а девушки связывают музыку с личными отношениями и пере ...>>

Сплав Cr-Mo-Si с уникальными свойствами 30.10.2025

Разработка материалов, способных работать в экстремальных условиях, остается одной из ключевых задач современной инженерии. Особенно это важно для авиации и энергетики, где повышение термостойкости компонентов напрямую влияет на эффективность и надежность оборудования. Международная группа исследователей объявила о создании нового металлического сплава, обладающего уникальным сочетанием свойств: высокой термостойкостью, устойчивостью к коррозии и сохранением пластичности даже при комнатной температуре. Новый сплав содержит хром, молибден и всего 3 атомных процента кремния. Именно кремний способствует формированию плотного слоя оксида хрома на поверхности металла, который действует как невидимый барьер против кислорода и азота при высоких температурах. В отличие от предыдущих сплавов, этот защитный слой формируется без хрупких силицидов, которые обычно снижали пластичность и делали материалы склонными к трещинам. По словам профессора Мартина Гайльмайера из Института технологий Кар ...>>

Открыт лед, замерзающий при комнатной температуре 29.10.2025

Изучение воды продолжает приносить удивительные открытия: несмотря на то, что эта жидкость кажется хорошо известной, она способна проявлять необычные свойства в экстремальных условиях. Международная команда ученых недавно обнаружила новый вид льда, который формируется при комнатной температуре, если вода подвергается сильному давлению. Это открытие не только расширяет наши знания о воде, но и помогает лучше понять процессы в недрах планет и их спутников. Исследователи из Корейского института стандартов и науки совместно с европейскими коллегами, работающими на рентгеновском лазере на свободных электронах (XFEL) в Германии, провели серию экспериментов с водой в динамической ячейке с алмазными наковальнями. Давление изменялось от 0,001 гигапаскаля до 120 гигапаскалей в секунду - в миллионы раз выше атмосферного, при этом температура поддерживалась около 25 °C, близкой к комнатной. В течение сотен циклов ученые наблюдали, как вода многократно замерзает и тает, фиксируя каждый этап с ис ...>>

Случайная новость из Архива Эмоции робота 20.04.2007 По мнению британских ученых из Хартфордширского университета, домашний робот должен быть способен научиться жить вместе с людьми. "Если роботы в будущем будут интегрированы в повседневную жизнь людей, они не должны быть автоматами, которые можно снять с полки в магазине и сразу же начать использовать. Робот должен учиться, как ему следует себя вести в той или иной ситуации. А для этого нужно научить его распознавать и проявлять эмоции. Например, если человек заплакал, роботу необходимо понимать: идти ли ему на помощь или лучше куда-нибудь скрыться, чтобы не мешать", - говорит Лола Каньямеро, координатор проекта FEELIX GROWING, выполняемого по Шестой рамочной программе Еврокомиссии. Цель этого проекта - разработка автономного робота, способного взаимодействовать с людьми в повседневной обстановке. В прошлом году Лола Каньямеро уже пыталась вывести созданного ею робота за пределы лаборатории и договорилась с жителями соседнего дома, чтобы он пожил у них. Полученные в результате этой работы данные и позволили выдвинуть идею о том, что для возможности интеграции робота в человеческое общество робот должен развиваться в эмоциональном плане и привыкать к своему хозяину.

Смотрите полный Архив новостей науки и техники, новинок электроники

www.diagram.com.ua
2000-2025