Напомним, что реакция ядерного синтеза — это когда два маленьких атомных ядра слепляются в одно большое. Это реакция, обратная ядерному распаду. Например, можно столкнуть два ядра водорода, чтобы получить гелий. При такой реакции выделяется огромное количество энергии благодаря разности масс: масса частиц до реакции больше, чем масса полученного большого ядра. Эта масса и превращается в энергию благодаря всем известной формуле E=mc². Но для того, чтобы произошло слияние двух ядер, надо преодолеть их силу электростатического отталкивания и сильно прижать друг к другу. А на маленьких расстояниях, порядка размера ядер, действуют уже гораздо большие ядерные силы, благодаря которым ядра притягиваются друг к другу и объединяются в одно большое ядро.

Поэтому реакция термоядерного синтеза может проходить только при очень больших температурах, чтобы скорость ядер была такой, что при столкновении им хватило энергии настолько приблизиться друг к другу, чтобы заработали ядерные силы и произошла реакция. Вот откуда в названии взялось «термо-».

Реакции термоядерного синтеза являются тем “двигателем”, который приводит в действие наше Солнце. И если люди научатся использовать термоядерный синтез на Земле, то у них появится практически неисчерпаемый источник экологически чистой энергии. Ученые и инженеры работают над созданием реакторов термоядерного синтеза уже много лет, решая, одну за другой, массу имеющихся в этом деле проблем. Недавно ученым из Национальной лаборатории Лос-Аламоса, Массачусетского технологического института и Техасского университета A&M удалось найти решение проблемы, связанной с гелием.

Гелий, являющийся продуктом реакций термоядерного синтеза, за счет своей летучести проникает внутрь металла, из которого изготовлены элементы конструкции камеры реактора. Через некоторое время количество гелия в металле увеличивается, и образуются гелиевые пузыри, которые ослабляют механическую прочность металла и большое количество которых может привести к нарушению целостности конструкции.

Решением проблемы, связанной с гелием, является специальный нанокомпозитный материал, стоящий из нескольких тонких металлических слоев. При накоплении гелия в таком материале образуются нанопоры, подобные самым тонким сосудам кровеносной системы. Через эту нано-кровеносную систему гелий, который совершенно безопасен для окружающей среды, начинает беспрепятственно просачиваться из камеры реактора наружу. Это препятствует накоплению гелия, образованию пузырей в металле и разрушению металлических деталей камеры реактора.

В заключение следует заметить, что подобный нанокомпозитный материал может быть использован не только в конструкциях термоядерных реакторов. “Мы считаем, что сети наноканалов, образующихся внутри материала, можно использовать в самых различных целях” – рассказывает Майкл Демкович (Michael Demkowicz), профессор из Техасского университета A&M, – “По этим наноканалам можно передавать тепло, электричество и даже некоторые химические компоненты, используемые для реализации функции самозаживления материала”.

Понравилась статья? Тогда поддержите нас, поделитесь с друзьями и заглядывайте по рекламным ссылкам!