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 Одной из главных анатомических особенностей эволюции рода Homo считается резкое увеличение объема черепной коробки за последние примерно два миллиона лет. За это время она в среднем увеличилась в три раза. Однако авторы нового исследования поставили под сомнение традиционную гипотезу, согласно которой этот процесс был результатом естественного отбора. По их мнению, он мог оказаться случайностью.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Британские палеонтологи установили, что самый первый окаменелый фрагмент динозавра, когда-либо найденный в Антарктиде, принадлежал титанозавру. Эта группа длинношеих ящеров-завроподов включает в себя самых огромных сухопутных существ, когда-либо ходивших по земле.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
В 2025 году детекторы гравитационных волн уловили потенциальное слияние черных дыр крайне малой массы. Ученые из Университета Майами считают, что участники того события могут открыть новое направление в исследовании темной материи.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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