先进材料可以为聚变动力反应堆提供更耐用的金属

几十年来，核聚变能源一直被视为终极能源。核聚变发电厂可以产生应对气候变化所需的无碳能源。而且，核聚变发电厂可以使用从海水中回收的氘作为燃料。

数十年的努力和数十亿美元的研究资金已经取得了许多进展，但挑战依然存在。对于东京电力公司核科学与工程教授兼麻省理工学院材料科学与工程教授李巨来说，仍然存在两大挑战。

第一个目标是建造一座核聚变发电厂，发电量大于投入量;换句话说，核聚变发电厂的净输出量为零。全世界的研究人员都在朝着这个目标努力。

李提到的第二个挑战听起来很简单：“我们如何释放热量?”但理解问题并找到解决方案都远非显而易见。

麻省理工学院能源计划 (MITEI) 的研究包括开发和测试先进材料，这些材料可能有助于解决这些挑战以及能源转型的许多其他挑战。MITEI 拥有多家企业成员，它们一直在支持麻省理工学院推进利用聚变能所需技术的努力。

问题：氦气过剩，破坏力强

聚变反应堆的关键是过热等离子体(一种电离气体)，它在真空容器内发生反应。当等离子体中的轻原子结合形成较重的原子时，它们会释放出具有高动能的快中子，这些快中子会穿过周围的真空容器射入冷却剂中。

在此过程中，这些快中子会逐渐失去能量，造成辐射损伤并产生热量。传递给冷却剂的热量最终用于产生蒸汽，驱动发电涡轮机。

问题在于找到一种用于真空容器的材料，该材料必须足够坚固，能够将反应等离子体和冷却剂分开，同时又允许快中子穿过冷却剂。

如果只考虑中子撞击金属结构中原子所造成的损害，真空容器的使用寿命应为十年。然而，根据制造真空容器所用的材料，一些预测表明真空容器的使用寿命仅为六至十二个月。

这是为什么呢?当今的核裂变反应堆也会产生中子，而且这些反应堆的使用寿命远远超过一年。

不同之处在于，聚变中子比裂变中子具有高得多的动能，当它们穿透真空容器壁时，其中一些会与结构材料中的原子核相互作用，放出粒子，这些粒子会迅速变成氦原子。

结果是氦原子的数量比裂变反应堆中多出数百倍。这些氦原子寻找着陆点——一个“嵌入能”低的地方，“嵌入能”是一种衡量氦原子被吸收所需能量的指标。