विस्कॉन्सिन विश्वविद्यालय-म्याडिसनका इन्जिनियरहरूले फ्युजन रिएक्टर भित्रको कठोर अवस्थाको सामना गर्न सक्ने नयाँ वर्कहर्स सामग्री उत्पादन गर्न स्प्रे कोटिंग प्रविधि प्रयोग गरेका छन्।
हालै फिजिका स्क्रिप्टा जर्नलमा प्रकाशित एक पेपरमा विस्तृत रूपमा उल्लेख गरिएको यो प्रगतिले मर्मत र मर्मत गर्न सजिलो हुने थप कुशल कम्प्याक्ट फ्युजन रिएक्टरहरूलाई सक्षम पार्न सक्छ।
“फ्युजन समुदायले फ्युजन रिएक्टरहरूमा आर्थिक रूपमा ठूला प्लाज्मा-फेसिङ कम्पोनेन्टहरू उत्पादन गर्न नयाँ उत्पादन दृष्टिकोणहरू तुरुन्तै खोजिरहेको छ,” UW-म्याडिसनमा आणविक इन्जिनियरिङ र इन्जिनियरिङ भौतिकशास्त्रमा पोस्टडक्टोरल अनुसन्धानकर्ता र पेपरका प्रमुख लेखक माइकोला इलोवेगा भन्छिन्। “हाम्रो प्रविधिले हालको दृष्टिकोणहरूमा उल्लेखनीय सुधार देखाउँछ। यस अनुसन्धानको साथ, हामी फ्युजन अनुप्रयोगहरूको लागि कोल्ड स्प्रे कोटिंग प्रविधि प्रयोग गर्ने फाइदाहरू प्रदर्शन गर्ने पहिलो हौं।”
अनुसन्धानकर्ताहरूले स्टेनलेस स्टीलमा ट्यान्टलम, उच्च तापक्रम सहन सक्ने धातुको कोटिंग जम्मा गर्न चिसो स्प्रे प्रक्रिया प्रयोग गरे। तिनीहरूले फ्युजन रिएक्टरसँग सान्दर्भिक चरम अवस्थाहरूमा आफ्नो चिसो स्प्रे ट्यान्टलम कोटिंगको परीक्षण गरे र पत्ता लगाए कि यसले धेरै राम्रो प्रदर्शन गर्यो। महत्त्वपूर्ण कुरा के छ भने, उनीहरूले पत्ता लगाए कि यो सामग्री हाइड्रोजन कणहरूलाई फसाउन असाधारण रूपमा राम्रो छ, जुन कम्प्याक्ट फ्युजन उपकरणहरूको लागि लाभदायक छ।
“हामीले पत्ता लगायौं कि कोल्ड स्प्रे ट्यान्टलम कोटिंगले कोटिंगको अद्वितीय सूक्ष्म संरचनाको कारणले बल्क ट्यान्टलम भन्दा धेरै हाइड्रोजन अवशोषित गर्दछ,” आणविक इन्जिनियरिङ र इन्जिनियरिङ भौतिकशास्त्र र सामग्री विज्ञान र इन्जिनियरिङका प्राध्यापक कुमार श्रीधरन भन्छन्। पछिल्लो दशकमा, श्रीधरनको अनुसन्धान समूहले विखंडन रिएक्टरहरूसँग सम्बन्धित धेरै अनुप्रयोगहरूको लागि यसलाई लागू गरेर आणविक ऊर्जा समुदायमा कोल्ड स्प्रे प्रविधि प्रस्तुत गरेको छ।
“चिसो स्प्रे प्रक्रियाको सरलताले यसलाई अनुप्रयोगहरूको लागि धेरै व्यावहारिक बनाउँछ,” श्रीधरन भन्छन्।
फ्युजन उपकरणहरूमा, प्लाज्मा – एक आयनीकृत हाइड्रोजन ग्यास – अत्यन्त उच्च तापक्रममा तताइन्छ, र प्लाज्मामा परमाणु केन्द्रकहरू ठोक्किन्छन् र फ्यूज हुन्छन्। त्यो फ्युजन प्रक्रियाले ऊर्जा उत्पादन गर्दछ। यद्यपि, केही हाइड्रोजन आयनहरू तटस्थ हुन सक्छन् र प्लाज्माबाट बाहिर निस्कन सक्छन्।
“यी हाइड्रोजन तटस्थ कणहरूले प्लाज्मामा शक्ति हानि निम्त्याउँछन्, जसले तातो प्लाज्मालाई कायम राख्न र प्रभावकारी सानो फ्युजन रिएक्टर राख्न धेरै चुनौतीपूर्ण बनाउँछ,” आणविक इन्जिनियरिङ र इन्जिनियरिङ भौतिकशास्त्रका प्राध्यापक ओलिभर स्मिट्जको अनुसन्धान समूहमा काम गर्ने इयालोवेगा भन्छन्।
त्यसैले अनुसन्धानकर्ताहरूले प्लाज्मा-फेसिंग रिएक्टर भित्ताहरूको लागि नयाँ सतह सिर्जना गर्ने योजना बनाएका थिए जसले हाइड्रोजन कणहरू पर्खालहरूसँग ठोक्किँदा फसाउन सक्छ।
ट्यान्टालम हाइड्रोजन अवशोषित गर्न स्वाभाविक रूपमा राम्रो छ – र अनुसन्धानकर्ताहरूले शंका गरे कि चिसो स्प्रे प्रक्रिया प्रयोग गरेर ट्यान्टालम कोटिंग सिर्जना गर्नाले यसको हाइड्रोजन-ट्र्यापिङ क्षमताहरू अझ बढ्नेछ।
चिसो स्प्रे गरिएको कोटिंग सिर्जना गर्नु स्प्रे पेन्टको क्यान प्रयोग गर्नु जस्तै हो। यसमा सुपरसोनिक वेगमा सतहमा कोटिंग सामग्रीको कणहरू प्रबल गर्ने समावेश छ। प्रभावमा, कणहरू प्यानकेकहरू जस्तै समतल हुन्छन् र सम्पूर्ण सतहलाई कोट गर्छन्, जबकि कोटिंग कणहरू बीचको न्यानोस्केल सीमाहरू सुरक्षित गर्छन्। अनुसन्धानकर्ताहरूले पत्ता लगाए कि ती साना सीमाहरूले हाइड्रोजन कणहरूलाई फसाउन सहज बनाउँछन्।
इयालोवेगाले फ्रान्सको एक्स मार्सेल विश्वविद्यालय र जर्मनीको फोर्स्चुङस्जेन्ट्रम जुलिच GmbH मा सुविधाहरूमा लेपित सामग्रीमा प्रयोगहरू गरे। यी प्रयोगहरूको क्रममा, उनले पत्ता लगाए कि जब उनले सामग्रीलाई उच्च तापक्रममा तताउँछन्, यसले कोटिंगहरू परिमार्जन नगरी फँसेका हाइड्रोजन कणहरूलाई बाहिर निकाल्छ – एक प्रक्रिया जसले अनिवार्य रूपमा सामग्रीलाई पुन: उत्पन्न गर्दछ ताकि यसलाई फेरि प्रयोग गर्न सकियोस्।
“चिसो स्प्रे विधिको अर्को ठूलो फाइदा यो हो कि यसले हामीलाई नयाँ कोटिंग लगाएर साइटमा रिएक्टर कम्पोनेन्टहरू मर्मत गर्न अनुमति दिन्छ,” इलोभेगा भन्छन्। “हाल, क्षतिग्रस्त रिएक्टर कम्पोनेन्टहरू प्रायः हटाउन र पूर्ण रूपमा नयाँ भागले प्रतिस्थापन गर्न आवश्यक छ, जुन महँगो र समय खपत गर्ने छ।”
अनुसन्धानकर्ताहरूले आफ्नो नयाँ सामग्री विस्कॉन्सिन HTS एक्सिसिमेट्रिक मिरर (WHAM) मा प्रयोग गर्ने योजना बनाएका छन्। प्रयोगात्मक उपकरण म्याडिसन, विस्कॉन्सिन नजिकै निर्माणाधीन छ, र भविष्यको अर्को पुस्ताको फ्युजन पावर प्लान्टको लागि प्रोटोटाइपको रूपमा काम गर्नेछ जुन UW-म्याडिसन स्पिनअफ रियल्टा फ्युजनले विकास गर्ने लक्ष्य राखेको छ। भौतिक विज्ञान प्रयोगशालामा राखिएको, WHAM प्रयोग UW-म्याडिसन, म्यासाचुसेट्स इन्स्टिच्युट अफ टेक्नोलोजी र कमनवेल्थ फ्युजन सिस्टमहरू बीचको साझेदारी हो।
“इरोजन प्रतिरोध र सामान्य सामग्री लचिलोपनको साथ राम्रोसँग नियन्त्रित हाइड्रोजन ह्यान्डलिङका यी सुविधाहरूको साथ एक दुर्दम्य धातु कम्पोजिट सिर्जना गर्नु प्लाज्मा उपकरणहरू र फ्यूजन ऊर्जा प्रणालीहरूको डिजाइनको लागि एक सफलता हो,” स्मिट्ज भन्छन्। “परमाणु अनुप्रयोगहरूको लागि कम्पोजिट बढाउन मिश्र धातु परिवर्तन गर्ने र अन्य दुर्दम्य धातुहरू समावेश गर्ने सम्भावना विशेष गरी रोमाञ्चक छ।”
