核融合反應爐(圖:Nerdist )

核融合發電被認為是下一代的能源希望。其原料取得容易,且放射性污染程度低,安全性較當前的核分裂發電高。但氘-氚融合的副產物:氦雖然不會對環境造成傷害,但卻會破壞反應爐的構造,為核融合發電的難度增加了一道難題。

但最近,美國德州農工大學( Texas A&M University )的一組研究團隊,成功研發出了一種可以承受此破壞的材料,為核融合技術的研發帶來了新的進展。

 

核融合

氘( Deuterium )-氚( Tritium )核融合反應,因為其反應難度低,被認為是未來核融合發電的主要方式之一。當核融合反應發生後,會釋放出氦( Helium )、中子( Neutron )與能量。氦- 4 為穩定同位素,無放射性,而中子可用來撞擊鋰來產生氚,讓反應持續發生。除此之外,目前開發中的核融合反應,包括第三代的氫-硼反應,都會製造出氦。

在一般的金屬材料中,氦會漸漸擴散至其原子間隙累積,形成「泡泡」。而因為在一般的金屬結構中,這些泡泡會被困住。最後當其累積至一定程度,就會破壞了金屬的結構。

而研究團隊以銅製成薄的金屬片,藉此觀察氦在奈米結構金屬中的破壞機制。他們發現,與一般的情況不同。氦在這種材料中並不會形成「泡泡」,而是形成管狀的通道。當氦在此種材料中累積下來時,會漸漸著連通起來,而氦便在其中移動,不會造成進一步的破壞。

氦的管狀通道(圖:engineering )

未來應用

這項研究結果,讓核融合發電的拼圖又完成了一塊。但丹克維克博士( Dr. Demkowicz )也提到了:「將這種材料應用在核融合反應爐中,只是其冰山一角。這種類似血管系統的材料,也許可以運輸一些其他的東西,藉此讓材料自我修復」。有這種特性的材料,也許會有更多其他領域上的應用。

 

參考資料:

  1. Communications, T. A. (n.d.). Channeling helium: Researchers take next step toward fusion energy | 10 | 11 | 2017 | News & Events. Retrieved November 18, 2017. ENGINEERING
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