يعد الجزء الداخلي من مفاعل الاندماج مكانًا للعنف والفوضى. يمتص الطلاء الجديد المرشوش على البارد الحرارة بينما يحبس أيضًا بعض جزيئات الهيدروجين الجامحة، مما قد يؤدي إلى إنشاء غرف بلازما أصغر حجمًا وأفضل. وفي حين أن طاقة الاندماج لا تزال في المرحلة التجريبية، فإن إطلاق أكبر مفاعل توكاماك الاندماجي النووي وأكثرها تقدماً في العالم في اليابان هذا الشهر يظهر أن التكنولوجيا تنتقل من النظرية إلى الواقع.
في تفاعل الاندماج، يتعرض غاز الهيدروجين المتأين، الذي يسمى البلازما، لضغط وحرارة يعادلان الضغط والحرارة الموجودين في مركز الشمس. وهذا من شأنه أن يتسبب في ذوبان النوى الذرية وإطلاق كميات هائلة من الطاقة النظيفة.
كان إنشاء غرف تحتوي على البلازما اللازمة للاندماج النووي تحديًا بسبب مستويات الحرارة والضغط العالية للغاية المطلوبة. مشكلة أخرى في هذه العملية هي أنه في بعض الأحيان يتم تحييد ذرات الهيدروجين وتهرب من البلازما، مما يضعف طاقة البلازما.
قال ميكولا يالوفيجا، زميل ما بعد الدكتوراه في الهندسة النووية والفيزياء الهندسية في جامعة ويسكونسن ماديسون: "هذه الجسيمات المحايدة للهيدروجين تسبب فقدان الطاقة في البلازما، مما يجعل الحفاظ على بلازما ساخنة والحصول على مفاعل اندماج صغير فعال أمرًا صعبًا للغاية". يقود يالوفيجا بحثًا حول طلاء أثبت القدرة على تمرير الأسلاك داخل تجاويف مفاعل الاندماج النووي والتقاط هذا الهيدروجين الجامح.
الطلاء مصنوع من معدن التنتالوم ويمكنه تحمل درجات الحرارة العالية للغاية. يتم رش التنتالوم على البارد على الفولاذ المقاوم للصدأ ويعمل بشكل جيد للغاية في ظل ظروف مشابهة للاندماج النووي.
أثناء عملية الرش البارد، يتم رش جزيئات التنتالوم على الفولاذ المقاوم للصدأ ويتم تسويتها مثل الفطائر. ووجد الباحثون أنه حتى عند الضغط بهذه الطريقة، لا يزال هناك حدود صغيرة بين كل جسيم، وهي قناة مثالية لاحتجاز جزيئات الهيدروجين غير المستقرة. عندما يتعرض الفولاذ المرشوش لدرجات حرارة أعلى، يتم إطلاق جزيئات الهيدروجين المحاصرة، مما يؤدي بشكل أساسي إلى تجديد المادة بحيث يمكن إعادة استخدامها.
أشاد الفريق بالطلاء ليس فقط لقدرته على التقاط وإطلاق الهيدروجين بشكل متكرر أثناء تحمل درجات الحرارة والضغوط العالية، ولكن أيضًا لسهولة استخدامه.
وقال يالوفيجا: "من المزايا الكبيرة الأخرى لطريقة الرش البارد أنها تسمح لنا بإصلاح أجزاء المفاعل من خلال وضع طبقات طلاء جديدة في الموقع. وفي الوقت الحالي، غالبًا ما تحتاج أجزاء المفاعل التالفة إلى التفكيك واستبدالها بأجزاء جديدة تمامًا، وهو أمر مكلف ويستغرق وقتًا طويلاً".
يخطط الفريق لاستخدام الطلاء على مرآة Wisconsin HTS Aximetric Mirror (WHAM)، وهو جهاز تجريبي يمكن استخدامه في محطة توليد الطاقة الاندماجية من الجيل التالي المخطط لها من قبل RealtaFusion، وهي شركة تابعة لـ UW-Madison.
قال أوليفر شميتز: "إن إنشاء مركب معدني مقاوم للحرارة يتمتع بخصائص معالجة جيدة للهيدروجين، ومقاومة للتآكل ومرونة المواد العامة يعد إنجازًا كبيرًا في تصميم أجهزة البلازما وأنظمة طاقة الاندماج. ويعد تغيير السبيكة وإضافة معادن حرارية أخرى لتعزيز المادة المركبة أمرًا مثيرًا بشكل خاص للتطبيقات النووية."
شميتز، أستاذ الهندسة النووية والفيزياء الهندسية في جامعة ويسكونسن ماديسون، هو مؤلف مشارك لورقة تصف النتائج، والتي نشرت في مجلة PhysicaScripta.