Fusie is het proces dat de zon aandrijft, het benutten ervan op aarde zou onbeperkte schone energie opleveren. Echter, onderzoekers zeggen dat het bouwen van een fusiecentrale een ontmoedigende taak is gebleken, niet in de laatste plaats omdat er geen materialen zijn geweest die de slopende omstandigheden in de kern van een fusiereactor konden overleven. Nutsvoorzieningen, Onderzoekers van de Texas A&M University hebben een manier ontdekt om materialen te maken die mogelijk geschikt zijn voor gebruik in toekomstige fusiereactoren.

De zon maakt energie door waterstofatomen te fuseren, elk met één proton, in heliumatomen, die twee protonen bevatten. Helium is het bijproduct van deze reactie. Hoewel het geen bedreiging vormt voor het milieu, het veroorzaakt grote schade aan de materialen die nodig zijn om een ​​fusiereactor te maken.

"Helium is een element dat we gewoonlijk niet als schadelijk beschouwen, " zei Dr. Michael Demkowicz, universitair hoofddocent bij de afdeling Materials Science and Engineering. "Het is niet giftig en geen broeikasgas, dat is een van de redenen waarom fusie-energie zo aantrekkelijk is."

Echter, als je helium in een vast materiaal forceert, het borrelt eruit, net als kooldioxidebellen in koolzuurhoudend water.

"Letterlijk, je krijgt deze heliumbellen in het metaal die daar voor altijd blijven omdat het metaal solide is, " zei Demkowicz. "Naarmate je meer en meer helium accumuleert, de bubbels beginnen zich te verbinden en vernietigen het hele materiaal."

Werken met een team van onderzoekers van het Los Alamos National Laboratory in New Mexico, Demkowicz onderzocht hoe helium zich gedraagt ​​in nanocomposiet vaste stoffen, materialen gemaakt van stapels dikke metalen lagen. Hun bevindingen, onlangs gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang , waren een verrassing. In plaats van bellen te maken, het helium in deze materialen vormde lange kanalen, lijken op aderen in levende weefsels.

"We werden weggeblazen door wat we zagen, "Zei Demkowicz. "Terwijl je steeds meer helium in deze nanocomposieten stopt, in plaats van het materiaal te vernietigen, de aderen beginnen daadwerkelijk met elkaar te verbinden, resulterend in een soort vasculair systeem."

Deze ontdekking maakt de weg vrij voor heliumbestendige materialen die nodig zijn om fusie-energie te realiseren. Demkowicz en zijn medewerkers geloven dat helium zich kan verplaatsen door de netwerken van aderen die zich vormen in hun nanocomposieten, uiteindelijk het materiaal verlaten zonder verdere schade aan te richten.

Demkowicz werkte samen met Di Chen, Nan Li, Kevin Baldwin en Yongqiang Wang van het Los Alamos National Laboratory, evenals voormalig student Dina Yuryev van het Massachusetts Institute of Technology. Het project werd ondersteund door het Laboratory Directed Research and Development-programma van het Los Alamos National Laboratory.

"Toepassingen op fusiereactoren zijn slechts het topje van de ijsberg, " zei Demkowicz. "Ik denk dat het grotere plaatje hier is in gevasculariseerde vaste stoffen, die lijken op weefsels met vasculaire netwerken. Wat kan er nog meer via dergelijke netwerken worden vervoerd? Misschien warmte of elektriciteit of zelfs chemicaliën die het materiaal zelf kunnen helpen genezen."