“太阳风”吹起来的“氢气球”

来源:中科院之声

最近,“氢气球”在学术界突然火了起来,《自然-材料》刚刚发文,报导了一篇关于“氢气球”的研究。借着这波热度,这里也给大家科普一下“氢气球”的科学原理。

当然,如果只是街头小巷卖的普通乳胶氢气球,别说吸引那些专家们的目光,只怕正在读这篇文章的您也不会太感兴趣。

但是,如果是在高强度的钢铁中,甚至是在硬度极高的钨合金中吹出来的“氢气球”呢?

“太阳风”在金属中吹出来的“氢气球”,了解一下?

太阳每日东升西落,大家肯定都很熟悉。但你可知道,太阳看似是一个大火球,可实际上,支持它发光发热其实是核聚变。换句话说,太阳就像一个持续爆炸中的氢弹。这颗大氢弹会不断地辐射出太阳风,其主要成分就是高速运动的带电氢离子。不过,有地球大气层的阻挡,太阳风通常很难影响到地表上的我们。

可是,若是有一天,烈日天火能够为人类所用呢?

在希腊神话中,普罗米修斯从宙斯手中盗得天火,为人类世界带来火焰的温暖与光明。而如今,这个神话正在一步步走向现实。在安徽合肥,科研人员建造了一座名为“东方超环”的可控核聚变实验装置。私下里,我们也称它为“小太阳”。

盗天火并不是一件简单的事情。和天上的太阳一样,“小太阳”也会不断的辐射出“太阳风”。为了抵挡“太阳风”中高速运动的粒子,研究人员们设计了一层钨金属装甲,将“小太阳”紧紧包裹。

但后来人们发现,“太阳风”虽然能够被金属装甲有效阻挡,但它同样给金属装甲带来了难以修复的损伤。例如,“太阳风”的中的高能粒子会把金属原子撞走,从而在装甲中形成许许多多纳米级别的孔洞。而氢作为“太阳风”的主要成分,很容易在这些孔洞中聚集并形成氢气。在气压的作用下,氢会将孔洞越挤越大,最后像吹气球一样将金属胀裂。

这些“太阳风”吹出来的“氢气球”显然不是我们希望看到的,研究人员也因此对其对进行了大量研究。但是,人们对氢在纳米孔洞中的一些基本性质,例如氢在孔洞内如何分布、孔洞对氢的吸引有多强、能容纳多少氢、会带来多大的氢气压等问题,却依然未能给出答案。

要知道,“氢气球”一开始只有纳米(十亿分之一米)大小,中间的氢原子甚至不足0.1纳米,即使用最先进的显微镜,也很难看清他们的具体结构。并且,“氢气球”内壁上金属原子的不规则排布,以及多个氢之间的互相影响,也极大地提升了计算机模拟的复杂度,给相关研究带来了巨大的挑战。

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