• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
07.06.2022
МИФИ
26 388

Ученые увидели в вольфрамовых наноструктурах путь к новой электронике

4.7

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.

Ученые увидели в вольфрамовых наноструктурах путь к новой электронике / ©Getty images / Автор: Regulus Tremerus

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.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ - ведущий российский вуз, занимающийся подготовкой высококвалифицированных инженерных кадров для атомной отрасли, науки, IT-сферы, а также других высокотехнологичных секторов экономики России. Расположен в Москве, имеет 16 филиалов в разных регионах России, в Узбекистане и Казахстане
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 07:00
Алиса Гаджиева

Жители Помпей занимались своей обычной дневной работой, когда недалеко от их города взорвался вулкан. Столб пепла, тефры и раскаленного газа достигал многокилометровой высоты. Некоторые попробовали спастись, но у них не вышло. Авторы новой работы объяснили почему.

Позавчера, 10:11
Андрей

На Индийском субконтиненте водится необычный и редкий медведь, который питается фруктами, муравьями и термитами. Но в то же время он чаще других сородичей нападает на людей, нередко убивая их. Речь идет о насекомоядных губачах, поведение которых недавно изучили зоологи. Они решили выяснить, почему этот совсем не хищный зверь так часто прибегает к жестокости при встрече с человеком.

Вчера, 10:00
ПНИПУ

В 2022 в России при производстве химических веществ и продуктов образовалось 157 миллионов тонн отходов. Основной путь снижения накопленных объемов — повторное использование. Ученые ПНИПУ изобрели состав для изготовления кирпича с применением алюмосодержащей минеральной добавки, которая образована при уничтожении энергонасыщенных материалов, и тонкомолотого боя автоклавного газобетона. Разработка ученых помимо утилизации отходов позволит улучшить эксплуатационные свойства и долговечность готовых изделий.

15 июля
Александр Березин

Авторы нового исследования впервые показали, что круглые провалы в лунной поверхности не просто близки к многокилометровым пещерам на естественном спутнике Земли, но и располагают тоннелями, ведущими в глубину.

12 июля
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

16 июля
Александр Березин

Традиционное представление о роли человека в земных экосистемах известно: он нарушает их нормальную работу и снижает биоразнообразие. Однако первая попытка изучить следы пыльцы за последние 12 тысяч лет принесла скорее противоположные данные — как минимум для континентов, полностью расположенных в Северном полушарии.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

21 июня
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно