Ученые увидели в вольфрамовых наноструктурах путь к новой электронике
Доцент Института ЛАПЛАЗ НИЯУ МИФИ Дмитрий Синельников в сотрудничестве с японскими коллегами из Нагойского университета изучил свойства вольфрамовых наноструктурированных кластеров. Исследование важно не только с точки зрения защиты внутренней поверхности термоядерного реактора от эрозии — оно может стать шагом к созданию новых технологий, например, эмиссионной электроники.
Множество научных сил во всем мире сегодня тратится на разработку промышленного термоядерного реактора. Такие реакторы могут совершить переворот в энергетике. Ожидается, что они станут мощными, экологически чистыми источниками энергии и смогут эффективно перерабатывать отходы современных атомных электростанций. Но пока до создания модели работающего термоядерного реактора еще далеко, на пути ученых стоит множество нерешенных проблем.
В частности, создать такой реактор мешает проблема взаимодействия плазмы с внутренней поверхностью реактора. Температура термоядерной плазмы составляет десятки миллионов градусов, и первая (внутренняя) стенка реактора должна обладать устойчивостью к огромным тепловым нагрузкам. Да, от соприкосновения со стенками реактора плазма удерживается магнитным полем, однако полной изоляции не происходит, и на стенках происходят очень сложные процессы, многие из которых могут приводить к эрозии.
Один из материалов, который ученые предполагают использовать для изготовления поверхностей в активной зоне реакторов — вольфрам, самый тугоплавкий из известных на Земле металлов (плавится при температуре 3422 градуса). В нескольких лабораториях мира сегодня происходят эксперименты, связанные с поведением вольфрамовых поверхностей внутри реакторов.
Например, недавно ученые из США, работая на ускорителе DIONISOS в университете Висконсина, обнаружили, что на поверхности вольфрама при облучении плотной гелиевой плазмой образуются уникальные структуры, которые получили название вольфрамовые наноструктурированные кластеры (nanostructural tendril bundles, NTB).
Молодой ученый из Москвы, доцент Института ЛАПЛАЗ НИЯУ МИФИ Дмитрий Синельников в сотрудничестве с японскими коллегами из Нагойского университета изучил свойства этих структур. Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом научном журнале Nuclear Materials and Energy.
По словам Дмитрия Синельникова, механизм образования NTB еще не известен. Однако эти «новообразования» могут оказаться весьма вредными для работы реактора: дело в том, что они провоцируют появление электрических разрядов между плазмой и стенкой. И не обычных электрических разрядов, а так называемых «униполярных дуг».
В чем особенность этих дуг? В «обычном» электрическом разряде электроны движутся от анода к катоду. В случае униполярной дуги, которая образуется в вакууме, катод является одновременно и анодом: электроны, вылетая из катодного пятна, возвращаются обратно, циркулируя, как вода в фонтане. В термоядерных реакторах униполярная дуга возникает очень легко и может буквально «прогрызть» одну из стенок токамака. К тому же эти электрические разряды могут провоцировать неустойчивость плазмы.
В российско-японском исследовании была изучена причина возникновения униполярных дуг, и, что особенно важно — определены минимальные температуры, при которых вероятность зажигания дуг существенно снижается за счет реструктуризации NTB. Таким образом, результаты исследования помогут улучшить параметры работы термоядерных реакторов.
Однако, по мнению Дмитрия Синельникова, данное исследование важно не только с точки зрения защиты внутренней поверхности реактора от эрозии — оно может стать шагом к созданию новых технологий. Ведь это внутри реактора электрический разряд нежелателен, а во многих технических устройствах он наоборот, необходим. И не станут ли наноструктурированные кластеры деталями в электронных приборах?
«Научившись управлять ростом NTB-структур на разных материалах, мы надеемся найти им практическое применение в какой-то иной технологической сфере», — говорит Дмитрий Синельников. По его словам, областью применения новых структур в будущем может стать эмиссионная электроника, то есть устройства, в которых предполагается испускание электронов твердым телом в вакуум или иную среду, например СВЧ-генераторы. По мнению Дмитрия Синельникова в перспективе наноструктурированные кластеры заменят более габаритные и менее энергоэффективные накальные катоды.
Telegram 
Дзен 
VK Экономисты НИУ ВШЭ выяснили, что российские сотрудники, которые регулярно пользуются искусственным интеллектом в работе, зарабатывают намного больше тех, кто отказывается от новых инструментов или прибегает к ним время от времени. Среди высококвалифицированных специалистов прибавка достигает 41,8%.
Спустя три года после начала испытательных полетов крупнейшую ракету и космический корабль в истории человечества объявили готовыми к первому запуску на орбиту. Причем его планируют сразу десятичасовым и с выводом большой группы спутников Starlink нового поколения. По пропускной способности один этот запуск добавит столько же, сколько десять запусков Falcon 9, современного лидера серийного земного ракетостроения.
Газовый гигант Elias 2-24b успел набрать массу Юпитера менее чем за миллион лет. Поскольку планета еще формируется, причем довольно далеко от своей звезды, объяснить столь быстрый рост трудно.
Спустя три года после начала испытательных полетов крупнейшую ракету и космический корабль в истории человечества объявили готовыми к первому запуску на орбиту. Причем его планируют сразу десятичасовым и с выводом большой группы спутников Starlink нового поколения. По пропускной способности один этот запуск добавит столько же, сколько десять запусков Falcon 9, современного лидера серийного земного ракетостроения.
Анализ данных о почти 300 тысячах километров римских дорог, проложенных по территории бывшей империи, показал, что они вовсе не были такими прямыми, как принято считать. Кроме того, выяснилось, что известная поговорка «Все дороги ведут в Рим» тоже не соответствует истине.
Экономисты НИУ ВШЭ выяснили, что российские сотрудники, которые регулярно пользуются искусственным интеллектом в работе, зарабатывают намного больше тех, кто отказывается от новых инструментов или прибегает к ним время от времени. Среди высококвалифицированных специалистов прибавка достигает 41,8%.
Нейросеть OpenAI добилась серьезного прорыва в математике, решив одну из семи «задач тысячелетия». Получат ли США, чьи нейросети опираются на гораздо более мощное «железо», чем у Китая, монополию на конвейер научных открытий? Даст ли это возможности сравнимые с их атомной монополией 80 лет назад?
Сопротивление жителей Европы самой идее употребления насекомых в пищу может иметь эволюционные корни, уходящие вглубь тысячелетий, пришли к выводу авторы нового исследования. Оказалось, предки современных европейцев ели насекомых лишь эпизодически. Кроме того, из-за генетических мутаций они плохо переваривали их экзоскелеты.
После сокращения длины очередей и роста доступности бензина в первую неделю августа ситуация снова ухудшилась. Если с 20 июня по начало августа кризис носил в основном психологический характер, то сейчас ситуация принципиально иная: августовские атаки на НПЗ показали, что меры по усилению их противовоздушной обороны не были достаточно полными. Значит, прогноз автора Naked Science от 19 июля о том, что острая фаза кризиса закончится до конца лета, был частично неверным.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно