SLAC国家加速器实验室的科学家们领导了一项新研究，展示了他们在追寻一种干净且持续不断的能源方面的最新进展，尤其是在核聚变领域。他们正在尽力使原子核融合以释放能量。然而，这一过程产生的极高温度提出了一大挑战，需要高效的热管理技术。SLAC的研究人员特别关注一种称作钨的特殊金属，因为它对改进未来聚变反应堆技术具有巨大的潜力。
SLAC的团队发现，钨的导热性质可能是提升聚变反应堆技术的关键。这项发现已经于2024年3月13日在《科学进展》杂志上发布，为开发更高效、更耐用的聚变反应堆材料打开了新的大门。
SLAC高能量密度科学部门的主任Siegfried Glenzer对这项发现表示兴奋。他强调，这个发现可能会影响到聚变及其它能源应用中人造材料的设计，并展示了在原子水平上探索材料的巨大潜力。
钨并不是普通的金属。它的坚硬性和耐高温性使其不易在高温下变形或削弱，因此显得格外适合于聚变反应堆中高效传导热量的需求。钨及其合金在航空航天领域的应用同样广泛，包括在火箭发动机喷嘴、隔热罩和涡轮叶片涂层中的使用。
SLAC的研究团队通过研究钨如何在原子层面上管理热量，深入探索了声子散射现象——即材料内部晶格振动的相互作用过程，该过程在材料导热能力中起着关键作用。通过建模和先进的实验技术相结合，SLAC揭示了钨中声子的行为。
利用SLAC的MeV-UED高速“电子相机”，研究人员采用超快电子漫散射技术，实现了对电子和声子相互作用前所未有的精确观测和测量。这项技术让SLAC团队能够区分电子-声子与声子-声子散射对热传导的不同贡献，这对于理解聚变反应堆恶劣条件下材料的热管理原理至关重要。
研究结果表明钨中声子间的相互作用远比预期弱，这意味着钨能够更有效地导热，劳伦斯利弗莫尔国家实验室的研究科学家Alfredo Correa指出，这项发现对于设计新的、更坚固的聚变反应堆材料至关重要。
SLAC计划进一步研究杂质，如氦对钨的耐热性能的影响。了解这些相互作用对于开发能满足聚变反应堆严格要求的长期材料至关重要。这项研究不但有望为聚变反应堆带来更优质的材料，也对需要有效热管理的其他领域，如航空航天、汽车制造和电子产品设计等领域具有深远的意义。
“这项研究不仅是关于改进聚变反应堆的材料；它还致力于通过对声子动力学的理解，从根本上改变我们管理热量的方式。”Glenzer说道。此项工作加深了我们对于材料在极端条件下行为方式的理解，并为实现清洁、可持续聚变能源的未来奠定了坚实的基础。