中国团队研制出“超级材料”，可承受1.5亿℃的核聚变反应

中国团队研制出“超级材料”，可承受1.5亿℃的核聚变反应

subtitle 金投网 2022-03-04 18:17

据中国研发人员称，一种高纯度、高强度的钨已经被制造出来，这种钨可以用于核聚变反应堆。

1.中国生产“最抗拉”纯钨，可用于“人造太阳”

钨是最重、最硬的自然元素之一，在所有金属中熔点最高（3410℃），可以提高在极端环境中使用的设备的性能。但它也很脆弱，完全由钨粉制成的部件在拉伸或受力时很容易开裂或破裂。

图源：路透社

在大多数实际应用中，材料科学家必须添加如镍、铜或铁等较软的元素来提高产品的延展性。在上个月发表在顶级国际同行评议期刊ACTA MATERIALIA上的一篇论文中，合肥固体物理研究所的吴教授领导的一个研究团队表示，他们已经生产出一大块纯钨，室温下的抗拉强度达到了1.35吉帕，比目前使用的大多数钨合金都要强。

参与这项研究的科学家方教授周二表示：“钨的纯度越高，产生聚变能源的风险就越低”。中国的反应堆（人造太阳）可能会通过核聚变产生几乎无穷无尽的清洁能源，但是要产生能量，聚变反应堆需要将氢气加热到1.5亿摄氏度，这是太阳核心温度的10倍。气体将被笼罩在强大的磁场中，而反应堆的内壁仍将暴露在高温、压力和辐射下，这是大多数现有材料无法承受的极端环境。

一堵用纯钨砌成的墙可以应对这些挑战，并且能使一个聚变电厂运行数年甚至数十年。方教授表示：“在最好的情况下，我们希望在壁材中除了钨以外什么都不要，因为杂质会对聚变反应造成一些不可预测的干扰。”多年来，科学家们一直在为此而努力。

2.中国钨矿储量占全球80%，新技术可轻松量产

中国拥有世界上最大的钨矿储量。根据美国地质调查局的数据，中国企业2019年的钨产量约为7万吨，占全球总产量的80%以上。合肥团队表示，他们新批量的材料技术相对简单，可以很容易地进行大规模生产。

由于大多数工业炉的工作温度低于1800摄氏度，远低于该金属的熔化温度，因此钨不能用铸造法加工。取而代之的是，工人们将细钨粉填入模具，并将其加热到2200摄氏度以上，直到粉末凝结成晶体。

不过，吴教授和他的同事们将温度降低了五分之一以上，然后用热锤锻造钨。这种独特的处理方法产生了一种以前没有人见过的晶体结构，单个晶体的尺寸比正常晶体小几分，而且晶体呈层状堆积。

图源：中国科学院

研究人员称，在这些晶体层中形成了一些随机但分布广泛的裂缝。传统上来说，这种裂缝的出现并不是好事，但研究人员表示，在原子水平上，这些微小的断层可以允许晶体相互自由移动。这些运动有助于吸收冲击的能量，使材料坚固而有弹性。

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（来源：网易新闻，见https://c.m.163.com/news/a/H1KRB5C20519ACLG.html）