美科学家研制出能承受核聚变超高温的强韧合金

波教授团队正探索高熵合金，以寻找能够耐受反应堆内部数千万摄氏度极端环境的材料。

在迈阿密大学的实验室里，机械工程师贾科莫·波正在挑战材料科学的极限。他使用聚焦离子束将金属合金雕刻成比人类发丝细数百倍的结构，随后通过高倍扫描电子显微镜观察其在应力与高温下的反应。

“我们关注金属在高应力与高温下的表现，”波解释道，“通过调整样品，我们能观察其在变形不同阶段的变化。”

这项精密的纳米级研究意义远超实验室范畴。波的研究可能助力实现与太阳能量来源相同的核反应 —— 聚变能源，这或将成为清洁无限能源的重大突破。

“聚变能源是圣杯般的梦想，科学家已追寻数十年，”波感叹道。

为极端聚变环境构筑材料

要实现聚变反应堆，必须设计出耐受数千万摄氏度高温的材料。堆内金属需持续承受辐射、极端压力与灼热高温。目前，以强度和熔点著称的钨是首选材料，但即便钨在此环境下也存在局限。研究者正将目光转向高熵合金这一新型材料。

“我们正深入探究高熵合金，”波在新闻稿中说明。这类由五种及以上元素以近似等量混合的合金，以其强度、耐腐蚀性和高温稳定性备受赞誉，但其在辐射应力下的行为仍属未知领域。
“必须明确它们在变脆前能在聚变堆中坚持多久，”波补充道。

显微镜下的合金测试

为解答这一问题，波与博士生团队结合电子显微镜内的高温变形实验与先进计算机建模展开研究。

“该方法能让我们将实验现象转化为模型与方程，并在同等尺度下验证，”波指出，“若模型成立，我们便能更深入理解合金性能及优化方向。”

这项研究获美国能源部及国家科学基金会职业项目资助。波强调其工作仅是国际宏大协作中的一环：“我们仅攻克聚变能源的一小部分。挑战重重，本质需全球协力。”美国、中国、日本、印度、韩国及欧盟的团队皆朝着同一目标奋进，过去几年私营领域对聚变初创企业的投资已超百亿美元。

聚变能源的曙光

近期突破让梦想更近一步：加州国家点火装置首次实现聚变反应净能量增益；英国的欧洲联合环状反应堆在2023年关闭前，以0.2毫克燃料持续产生69兆焦聚变能量长达五秒。

“聚变能源将真正改变世界，”波断言。他特别指出聚变与裂变的区别：“这并非分裂原子产生核废料，而是将原子核结合释放巨大清洁能源。”

他描绘道：“由稳定、低成本、充沛的聚变能源驱动的电网，不再依赖化石燃料或风光发电的波动；电动车几乎无需充电成本；海水淡化成为常态 —— 这就是聚变能源承诺的未来。”

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