จีนพัฒนาวัสดุทังสเตนที่ทนทานที่สุด

จีนพัฒนาวัสดุทังสเตนที่ทนทานที่สุด

ทีมงานของ Chinese Academy of Sciences ในเหอเฟย มณฑลอานฮุย

กล่าวว่าพวกเขาได้พัฒนาวัสดุทังสเตนที่แข็งแรงที่สุดที่สามารถใช้ในเตาหลอมฟิวชันได้

เทคโนโลยีการผลิตใหม่จะช่วยให้ใช้ทังสเตนในการใช้งานที่มีความต้องการมากที่สุด ทังสเตนเป็นธาตุธรรมชาติที่หนักที่สุดและแข็งที่สุดชนิดหนึ่ง โดยมีจุดหลอมเหลวสูงสุดของโลหะทั้งหมด (3,410 องศาเซลเซียส) วัสดุนี้สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์ที่ใช้ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรงแต่มีความเปราะบางมาก ชิ้นส่วนที่ผลิตจากผงทังสเตนทั้งหมดมักจะแตกหรือหักได้ง่ายหากถูกยืดออกหรืออยู่ภายใต้แรงกดดันสูง ในการใช้งานจริงส่วนใหญ่ นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุต้องรวมองค์ประกอบเพิ่มเติม เช่น นิกเกิล ทองแดง หรือเหล็กเพื่อเพิ่มความเหนียวของผลิตภัณฑ์

ในบทความที่ตีพิมพ์ในวารสารActa Materialia เมื่อเดือนกุมภาพันธ์ ทีมวิจัยที่นำโดยศาสตราจารย์ Wu Xuebang จาก Institute of Solid State Physics ในเหอเฟย กล่าวว่า พวกเขาได้ผลิตทังสเตนบริสุทธิ์จำนวนมากที่มีความแข็งแรงสูง แรงดึงถึง 1.35 กิกะปาสกาลที่อุณหภูมิห้อง สูงกว่าโลหะผสมทังสเตนส่วนใหญ่ในปัจจุบัน นักวิจัยเปิดเผยว่าโครงการของพวกเขาได้รับทุนจากโครงการฟิวชันของรัฐบาล ศาสตราจารย์ Fang Qianfeng สมาชิกทีมวิจัยกล่าวว่า ยิ่งทังสเตนบริสุทธิ์มากเท่าใด ความเสี่ยงในการผลิตพลังงานฟิวชันก็จะยิ่งลดลง

เครื่องปฏิกรณ์ของจีนหรือที่รู้จักในชื่อดวงอาทิตย์ประดิษฐ์ มีศักยภาพในการผลิตพลังงานสะอาดที่แทบจะไร้ขีดจำกัดผ่านปฏิกิริยาฟิวชันที่คล้ายกับกระบวนการที่เกิดขึ้นที่แกนกลางของดวงอาทิตย์ การก่อสร้างเครื่องปฏิกรณ์ฟิวชันจะแล้วเสร็จในช่วงต้นทศวรรษ 2030 ในการผลิตพลังงาน เครื่องปฏิกรณ์จะต้องให้ความร้อนแก่ก๊าซไฮโดรเจนที่ 150 ล้านองศาเซลเซียส ซึ่งมากกว่าอุณหภูมิแกนกลางของดวงอาทิตย์ถึง 10 เท่า

ก๊าซร้อนจะถูกกักไว้โดยสนามแม่เหล็กที่รุนแรง แต่ผนังด้านในของเครื่องปฏิกรณ์จะยังคงได้รับความร้อน ความดัน และการแผ่รังสีสูง เป็นสภาพแวดล้อมที่รุนแรงซึ่งวัสดุส่วนใหญ่ในปัจจุบันไม่สามารถต้านทานได้ เตาเผาอิฐทังสเตนสามารถจัดการกับความท้าทายนี้และทำให้โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ทำงานได้หลายปีหรือหลายสิบปี นักวิทยาศาสตร์พยายามกำจัดสิ่งเจือปนอื่นๆ ในทังสเตนมาเป็นเวลานาน เนื่องจากสิ่งเจือปนอาจทำให้เกิดการรบกวนที่ไม่คาดคิดต่อปฏิกิริยาฟิวชัน

Wu และเพื่อนร่วมงานของเขากล่าวว่าเทคโนโลยีของพวกเขายังมีการใช้งานทางการทหารอีกมากมาย ตัวอย่างเช่น หัวรบที่ทำจากวัสดุทังสเตนใหม่สามารถเจาะเกราะหรือคอนกรีตได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นเนื่องจากมีความแข็งแรงและความหนาแน่นมากขึ้น ประเทศจีนมีเหมืองทังสเตนที่ใหญ่ที่สุดในโลก บริษัทจีนผลิตทังสเตนประมาณ 70,000 ตันในปี 2019 คิดเป็นมากกว่า 80% ของผลผลิตของโลก ตามข้อมูลจากการสำรวจทางธรณีวิทยาของสหรัฐอเมริกา ทีมงานในเหอเฟยแบ่งปันเทคโนโลยีวัสดุใหม่ที่ค่อนข้างง่าย ซึ่งสามารถปรับขนาดได้ง่ายสำหรับการผลิตจำนวนมาก

ทังสเตนไม่สามารถรักษาให้หายขาดได้ด้วยการหล่อ เนื่องจากเตาเผาอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ทำงานที่อุณหภูมิต่ำกว่า 1,800 องศาเซลเซียส ซึ่งต่ำกว่าจุดหลอมเหลวของโลหะนี้มาก คนงานจะเทผงทังสเตนละเอียดลงในแม่พิมพ์และให้ความร้อนมากกว่า 2,200 องศาเซลเซียส จนกว่าผงจะเกาะติดกับรูปผลึก อย่างไรก็ตาม Wu และเพื่อนร่วมงานของเขาลดอุณหภูมิลงมากกว่าหนึ่งในห้า จากนั้นจึงหลอมทังสเตนด้วยค้อนร้อนอันทรงพลัง ทรีทเม้นต์ที่ไม่เหมือนใครนี้สร้างโครงสร้างคริสตัลแบบซ้อนเป็นชั้นที่ไม่เคยเห็นมาก่อนซึ่งสามารถดูดซับพลังงานกระแทกทำให้วัสดุแข็งแรงและยืดหยุ่น