[2012年1月11日]來自西班牙卡洛斯三世大學(xué)（UC3M），牛津大學(xué)（英國）和密西根大學(xué)（美國）的科學(xué)家們已聯(lián)合研制出一種用于熱核聚變反應(yīng)堆的新型材料。他們的研究重點(diǎn)是反應(yīng)堆結(jié)構(gòu)用氧化物彌散強(qiáng)化鋼和低活性鋼。

    熱核聚變反應(yīng)有望成為目前能源危機(jī)的解決方案。熱核反應(yīng)中，2個(gè)輕元素的原子核結(jié)合在一起，生成質(zhì)量較重的元素，同時(shí)釋放出巨大的能量。

    這種反應(yīng)若要發(fā)生，必須提供巨大的能量以達(dá)到幾百萬度的高溫，從而使原子核克服自然排斥力而足夠接近，并凝聚成等離子體狀態(tài)。

    “這種等離子體的溫度接近恒星的溫度，約為1億度。但它們不會(huì)碰觸到反應(yīng)堆的墻體，因?yàn)檫@將導(dǎo)致其熔化。”來自UC3M物理系的研究人員Vanessa de Castro解釋說。這種等離子體通過磁場被約束在反應(yīng)堆內(nèi)。

    “盡管如此，反應(yīng)堆的墻體也必須能夠承受高溫和反應(yīng)過程中中子的放射性。因此，我們必須研制出新的材料以抵御這種極端條件”，這位教授評(píng)論道。

    國際熱核反應(yīng)堆（ITER）項(xiàng)目（在建）和后續(xù)的DEMO項(xiàng)目（預(yù)計(jì)2035年）計(jì)劃開發(fā)經(jīng)濟(jì)可行的核聚變反應(yīng)堆。這項(xiàng)工作取決于眾多因素。聚變反應(yīng)能產(chǎn)生輻射并導(dǎo)致溫度升高，因此需要研制出能夠抵御高溫和輻照破壞的新型結(jié)構(gòu)材料。

    科學(xué)界已開始研制用于這類反應(yīng)堆的新型低活性材料。但是這些材料是否能在如此惡劣的條件下可用，還不得而知。其中最重要的候選材料是氧化物彌散強(qiáng)化低活性體素體鋼，也稱ODS鋼。

    ODS鋼的機(jī)械性能在很大程度上依賴于自身的微觀結(jié)構(gòu)，但直到現(xiàn)在，這種微觀結(jié)構(gòu)仍沒有得到嚴(yán)格的控制。到目前為止，關(guān)于這些鋼的微觀結(jié)構(gòu)的研究一直局限在微米層面上。然而，相比之下，納米層面上的研究更有助于理解輻射照射中的現(xiàn)象。

    “目前，我們正利用核結(jié)構(gòu)材料和納米分析的知識(shí)，從納米層面上詮釋多樣化的新一代ODS鋼”， 研究人員解釋說。他們將納米顆粒添加到這些鋼中（1 nm 到 50 nm）,從而改善這些鋼的機(jī)械性能并提高它們的耐久性。

    最近，《材料科學(xué)技術(shù)》雜志的特刊發(fā)表了該項(xiàng)研究成果。該雜志從原子層面研究鋼的特性。

    這些材料的特性可通過納米技術(shù)予以描述。例如，通過穿透式電子顯微鏡可以觀察到添加進(jìn)材料中的微粒，1納米（1毫米的百萬分之一）的微粒也能觀測到。

    鑒于此，我們可以進(jìn)行如下研究：微粒的分布是否達(dá)到最佳狀態(tài)、微粒的化學(xué)組成、通過改變微粒是否可以獲得更優(yōu)的材料、通過微粒之間的相互作用能否改善材料的缺陷。

    “通過這些研究，我們可以提取一些信息來解釋為什么材料特性會(huì)表現(xiàn)出不同形式，因?yàn)椴牧蠙C(jī)械性能不佳可能與微粒分布不均有關(guān)。”ESTRUMAT的教授Castro指出。

    該先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料聯(lián)合研究組織由來自4所大學(xué)和馬德里研究所的5個(gè)研究團(tuán)隊(duì)組成，它的目標(biāo)是在先進(jìn)結(jié)構(gòu)材料工程應(yīng)用領(lǐng)域構(gòu)建一個(gè)科學(xué)技術(shù)活動(dòng)框架。

    該項(xiàng)研究由科學(xué)和創(chuàng)新部資助，重點(diǎn)研究這些鋼中的氧化物納米微粒，以及輻照造成的材料破壞。例如，截至目前的分析顯示，這些粒子包含一個(gè)核-殼型結(jié)構(gòu)，在富含釔（Y）的原子核中呈規(guī)律的分布。富含釔（Y）的原子核由鉻（Cr）富集區(qū)環(huán)繞。