パシフィック・ノースウェスト国立研究所と工科大学の物理学者
タングステンは最高の金属の 1 つです。しかし、純粋な形では非常に脆い、と著者は説明しています。タングステンに少量のニッケルや鉄などの他の金属を混合することにより、高い融点を維持しながら、純粋な金属よりも強い合金を得ることができます。
引っ張り強度をさらに高めるには合金、研究者は熱間圧延の特別な方法を使用することを提案します。その助けを借りて、淡水および海洋の軟体動物の殻の内層であるマザーオブパールを模倣する特別な微細構造を合金の内部に作成することが可能です。この構造は、美しい模様や変調が特徴であるだけでなく、貝殻に強度を与えることが知られています。
タングステン合金の天然マザーオブパール (上) と圧延マザーオブパールの微細構造。画像: J. V. Haag IV et al., Scientific Reports
研究者が「真珠」を分析走査型透過電子顕微鏡を使用して原子の挙動を観察し、合金の微細構造を観察します。真珠光沢のある構造内では、重いタングステン合金は 2 つの異なる相で構成されます。1 つはほぼ純粋なタングステンの「硬質」相、もう 1 つはニッケル、鉄、タングステンの混合物を含む「延性」相です。
調査結果によると、タングステン重合金の強度は、密接に関連する「硬質」相と「延性」相を含む、異なる相間の優れた結合によるものです。彼らの研究では、研究者は、合金の結晶構造、形状、および化学組成を制御することにより、重いタングステン合金に強力な材料界面を作成できることを示しました。
このような変更により、材料設計が改善され、核融合炉内の膨大な温度と電磁放射への暴露に耐えるのに十分な強度、耐久性、信頼性を備えた合金を作成するのに役立ちます。著者らは、研究室がすでにタングステン合金製のプロトタイプの原子炉容器の作成に取り組んでいることを指摘しています。
提案された解決策は唯一のものではありません、科学者は世界中で核融合炉のさまざまな技術に取り組んでいます。たとえば、Hi-Tech は以前、NRNU MEPhI のロシアの科学者が、同様の目的でタングステンと鋼の合金の強度を高める特別なはんだを開発したと述べました。
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表紙: ITER 核融合炉の建設。画像: ITER 組織