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打破熱量限制:3D打印鎢部件或?qū)Ⅻc燃聚變能源夢想 

2024-05-30 08:17
為了在地球上利用類似太陽的熱能,美國橡樹嶺國家實驗室 (ORNL) 的科學(xué)家們邁出了大膽的一步,他們攻克了一項技術(shù)難題:3D打印出首批復(fù)雜、無缺陷且具有復(fù)雜幾何形狀的鎢部件。
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你可能會問,為什么選擇鎢?原因很簡單:鎢的熔點遠超其他任何金屬,高達3422°C,是所有金屬中最高的。這使得鎢成為核聚變反應(yīng)堆的理想材料,因為聚變反應(yīng)堆的等離子體溫度可以超過1.8億華氏度(約1億攝氏度),而太陽中心的溫度僅為2700萬華氏度。這樣的高溫環(huán)境對材料的耐熱性提出了極高的要求,而鎢能夠在這種極端條件下保持穩(wěn)定。

鎢是一種堅硬的材料,但當(dāng)你將它放回室溫時,它也會像老骨頭一樣易碎,這種雙重性格一直讓研究人員摸不著頭腦。ORNL的研究人員開發(fā)了一種電子束3D打印機,通過將鎢逐層沉積成精確的三維形狀,成功地制造出無缺陷的復(fù)雜鎢部件。

想象一下,磁導(dǎo)向粒子流熔化金屬粉末,將其粘合成牢不可破的物體,而高真空環(huán)境確保了無污染物干擾和殘余應(yīng)力的形成,從而提高了部件的質(zhì)量和耐久性。ORNL的Michael Kirka表示:“電子束增材制造有望用于加工復(fù)雜的鎢幾何形狀?!庇迷搱F隊的話來說,這意味著我們在尋求無碳能源方面邁出了關(guān)鍵一步。

讓我們重新討論一下聚變反應(yīng)堆的話題。這些反應(yīng)堆就像高辛烷值的大鍋,等離子體在其中以強大的能量舞動。然而,控制和利用這種能量極具挑戰(zhàn)性,就像試圖將恒星裝進瓶子里一樣,這需要能夠承受高溫的材料。這項技術(shù)對于使核聚變成為比裂變反應(yīng)堆更清潔、更強大的替代品至關(guān)重要,而ORNL的新鎢技術(shù)可能是解決方案。

在推進能源技術(shù)方面,ORNL 團隊取得了重大進展。他們正在通過創(chuàng)新方法解決在高溫工業(yè)過程中使用鎢的挑戰(zhàn)。他們的工作不僅有可能提高聚變能源的效率,而且還可能改變我們處理極端溫度工業(yè)過程的方式。這一技術(shù)突破不僅有助于提高聚變反應(yīng)堆的安全性和效率,還為清潔能源技術(shù)的發(fā)展提供了新的可能。
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