威斯康星大學開創核融合新紀元：「冷噴塗材料」革新能源前景
在威斯康星大學麥迪遜分校的一項創新研究中，工程師們使用一種噴塗技術製造了一種能夠承受核融合反應堆內嚴酷條件的新型材料。這項技術的進步，被詳細記載在最近發表於《物理腳本》期刊的一篇論文中，它可能使更高效、更易於維修和保養的緊湊型核融合反應器成為可能。
核融合社群迫切地尋求新的製造方法來經濟高效地生產大型面向等離子體的反應器組件。來自該校核工程與工程物理領域的研究員表示，他們的技術顯示出與當前方法相比的重大改進。這項研究首次展示了冷噴塗技術在核融合應用中的好處。
研究團隊使用冷噴塗過程在不銹鋼上鍍上一層鉭金屬塗層，「鉭（tantalum）」是一種能夠承受高溫的金屬。他們在與核融合反應器相關的極端條件下測試了他們的冷噴塗鉭塗層，發現其表現非常好。重要的是，他們發現這種材料非常擅長「捕捉氫粒子」，這對於緊湊型融合裝置是有益的。
研究團隊發現，由於塗層獨特的微觀結構，冷噴塗鉭塗層比大塊鉭吸收更多的氫。過去十年中，該研究小組的教授已將冷噴塗技術引入核能社群，並在與裂變反應器相關的多個應用中實施它。
允許現場修復組件
圖片展示了冷噴塗技術如何在不銹鋼板上噴上鉭金屬層，以及這層塗層在顯微鏡下的細節差異。（圖／Physica Scripta）
冷噴塗過程的簡單性使其非常適合應用。在融合裝置中，等離子體——一種離子化的氫氣，被加熱到極高的溫度，等離子體中的原子核相撞並融合。這個融合過程產生能量。然而，一些氫離子可能會被中和並從等離子體中逸出。
科學家進行了在法國馬賽大學和德國尤利希研究中心的設施上進行的對塗層材料的實驗。在這些實驗中，他發現當他將材料加熱到更高的溫度時，它會排出被捕獲的氫粒子而不改變塗層——這個過程本質上使材料得以再次使用。
冷噴塗方法的另一個重大好處是，它允許我們通過應用新塗層在現場修復反應器組件。目前，損壞的反應器組件通常需要被拆除並換成全新的部件，這既費時又昂貴。
研究者們計劃在威斯康星高溫超導軸對稱鏡（WHAM）中使用他們的新材料。該實驗裝置正在威斯康星麥迪遜附近建造中，將作為未來下一代核融合電廠原型的試驗。研究團隊說：「創造一種具有這些特點的耐火金屬復合材料，能夠良好控制氫的處理，結合耐蝕性和材料的整體韌性，對於等離子裝置和融合能源系統的設計來說是一個突破。改變合金並包括其他耐火金屬以增強復合材料在核應用中的表現，尤其令人興奮。」
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首圖來源：Mykola Ialovega
圖片來源：Physica Scripta
參考論文：
1.Initial study on thermal stability of cold spray tantalum coating irradiated with deuterium for fusion applications.Physica Scripta
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