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“太阳风”吹起来的“氢气球”

2019年07月17日 11:13:12 来源: 中安在线

    近日,中科院合肥研究院固体物理研究所刘长松课题组吴学邦与麦吉尔大学宋俊合作,在金属中的氢行为研究中取得重要进展,首次建立了体心立方金属中纳米孔洞氢俘获和聚集起泡的定量预测模型,对“太阳风吹气球”这一现象做出了能够被实验验证的可靠预测。

    在希腊神话中,普罗米修斯从宙斯手中盗得天火,为人类世界带来火焰的温暖与光明。而如今,这个神话正在一步步走向现实。

    在安徽合肥,科研人员建造了一座名为“东方超环”的可控核聚变实验装置,被称为“小太阳”。和天上的太阳一样,“小太阳”也会不断的辐射出“太阳风”。为了抵挡“太阳风”中高速运动的粒子,研究人员们设计了一层钨金属装甲,将“小太阳”紧紧包裹。

    然而,“太阳风”虽然能够被金属装甲有效阻挡,但其中的高能粒子会把金属原子撞走,从而在装甲中形成许许多多纳米级别的孔洞。而氢作为“太阳风”的主要成分,很容易在这些孔洞中聚集并形成氢气。在气压的作用下,氢会将孔洞越挤越大,最后像吹气球一样将金属胀裂。

    为了攻克以上这些难题,中科院合肥研究院固体物理研究所刘长松研究员课题组对这个问题进行了历时近五年的探索,在超级计算机上进行了数万次模拟后,终于总结出了纳米孔洞俘获氢的基本规律。

    基于这些规律,研究人员建立了一个普适的定量模型,推导出了一个简单的物理公式,从而解决了长期以来无法准确描述和预测“氢气球”结构与能量的基本问题。在这个物理模型的帮助下,研究人员对“太阳风吹气球”这一现象做出了能够被实验验证的可靠预测。这项研究不仅能帮助我们理解现有的“氢气球”实验结果,也对设计新的抗氢损伤金属材料意义重大。这些金属材料不仅会被用在未来的“小太阳”装甲中,提供几乎无限的清洁能源,也会在氢能源汽车以及航空航天等领域中发挥至关重要的作用。(记者 徐慧媛 通讯员 侯捷)

    

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