チームは核融合エネルギーを高める合金を開発

2023 年 6 月 13 日

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ロスアラモス国立研究所による

核融合炉のプロトタイプと同様の極限環境でも優れた性能を発揮する、新しく開発されたタングステンベースの合金は、核融合エネルギーの利用に役立つ可能性がある。

ロスアラモス国立研究所の科学者オスマン・エル・アトワニ氏は、「この新しい合金は、核融合炉のような高温や極端な照射環境下で、耐放射線性と安定性が期待できるという。」と述べた。

「この合金の開発と、それが表すモデリングと実験の一致は、さらに有用な合金の開発への道を示し、核融合発電をより堅牢で、費用対効果が高く、経済的に予測可能で、投資家にとって魅力的なものにする上で不可欠なステップとなる」 。」

核融合エネルギーの概念が現実世界に近づくにつれて、材料の課題を解決することが不可欠です。 この心強い結果は、エル・アトワニ氏とその共同研究者らによって説明された設計パラダイムと高エントロピー合金が、核融合の可能性を活用する上でその役割を果たす準備ができている可能性があることを示している。

エル・アトワニ氏は、いくつかの国内外の機関が関与するプロジェクトの主任研究者でした。 彼らの結果は、5 月に Nature Communications 誌に掲載されました。

核融合によるクリーンエネルギーの生産には、太陽よりも熱く燃える核融合反応に伴う高温、照射（高エネルギー中性子線やヘリウム粒子束への曝露）、ストレスなどの過酷な条件に耐えられる材料が必要です。

エル・アトワニと彼の共同研究者らは、ナノ結晶高エントロピー合金、つまり 5 つ以上の元素で作られ、ナノスケール (原子) レベルの結晶形を持つ合金を開発しました。 タングステンは、プラズマに面するコンポーネントに最適な元素として長年研究されており、合金の主な元素です。

残念なことに、現在のタングステン材料は、溶融条件下で劣化して変形するため、プラズマに面する部品としての実用性には限界があります。 核融合により適した材料を開発するために、研究チームは、熱物理的特性の計算、高度な計算手法、およびロスアラモス、英国原子力庁、クレムソン大学、ワルシャワ大学を含む複数の機関で実行されたシミュレーションを利用しました。

最終的に、モデリングとシミュレーションによって予測された性能に基づいて、合金混合物としてハフニウム元素が選択されました。

ロスアラモスの統合ナノテクノロジーセンターで合金のフィルムを製造した後、材料の 1 つのバージョンがアルゴンヌ国立研究所で照射されました。 別のバージョンは、ロス アラモスのイオン ビーム材料研究所で照射されました。 その場透過型電子顕微鏡などの高度な技術により、この合金が核融合核エネルギーのプロトタイプを再現する過酷な実験条件下でも十分に持ちこたえることが示された。