Analiza zadrževanja devterija v poškodovanem volframu s pomočjo ionskega žarka v načinu kanaliziranja za raziskave v fuziji

V svetu, kjer se povpraševanje po energiji nenehno povečuje, nadzorovana jedrska fuzija predstavlja obetavno pot do trajnostne energije, saj posnema proces proizvodnje energije v Soncu. Fuzijske reakcije, ki vključujejo izotope vodika (HI), devterij (D) in tricij (T), so vodilni pristop za prihodnje reaktorje. Volfram (W) je zaradi svoje nizke zadrževalne sposobnosti za HI, nizke stopnje brizganja in dobre toplotne prevodnosti primarni kandidat za materiale v stiku s plazmo. Vendar nevtronsko obsevanje v D-T fuziji poškoduje kristalno mrežo volframa, kar vpliva na zadrževanje in transport HI.

Ta raziskava obravnava ključno vrzel v razumevanju vpliva poškodb kristalne mreže na zadrževanje HI. V projektu uporabljamo Rutherfordovo povratno sipanje (RBS) in analizo jedrskih reakcij (NRA) v kanalizacijskih konfiguracijah (RBS-C, NRA-C) za preučevanje defektnih struktur, razvoja poškodb in zadrževanja HI. RBS-C ocenjuje poškodbe kristalne mreže, medtem ko NRA-C, ki uporablja reakcijo ³He z devterijem, kvantificira ujet devterij in določa njegovo natančno lego v kristalni mreži. Dopolnilne tehnike, kot sta transmisijska elektronska mikroskopija (TEM) in računalniško modeliranje, bodo prispevale k boljšemu razumevanju vloge poškodb pri zadrževanju vodika.

Delo temelji na prejšnjih projektih, zlasti projektu DeHydroC, v katerem sta bila RBS-C in NRA-C uporabljena za preučevanje poškodb in zadrževanja HI pri nizkih odmerkih poškodb in temperaturah. Ta študija razširja obseg raziskav na ekstremne pogoje, pri čemer obravnava pomanjkanje eksperimentalnih zmogljivosti, ki bi lahko reproducirale pogoje fuzijskih reaktorjev z visokimi tokovi delcev in prisotnostjo HI pri povišanih temperaturah.

Postopni pristop vključuje diferenciranje defektnih struktur z uporabo RBS-C, korelacijo z uveljavljenimi tehnikami, kot je TEM, in izvedbo kvantitativne NRA za določitev absolutnih količin devterija v posameznih defektih. Ta inovativna metodologija, ki združuje eksperimentalne in teoretične pristope, bo prispevala k napredku v analizi defektov in zadrževanja HI v materialih ter podprla razvoj fuzijske energije. S kombinacijo eksperimentalnih in računalniških metod bo projekt zagotovil ključne vpoglede v materiale fuzijskih reaktorjev, podprl razvoj materialov, odpornih na sevanje, in prispeval k širšim prizadevanjem za čisto in trajnostno energijo.