核融合耐久性研究重大突破：美國首度完成氫-鈾腐蝕即時掃描

美國首度即時掃描氫-鈾腐蝕反應初始階段

美國勞倫斯利佛摩國家實驗室（Lawrence Livermore National Laboratory, LLNL）的研究團隊首度成功觀測並定性描述氫氣與鈾金屬腐蝕反應的初始階段，這項突破對核融合能源、氫儲存及核燃料等先進能源技術的發展具有重要意義。

研究團隊在最新發表的研究中指出：「核融合能源、氫儲存及核燃料等關鍵先進能源計畫，都需要深入了解金屬與氫之間的劣化反應機制。這項知識有助於評估氚滯留效應，以提升核融合電漿面對元件的耐久性，確保氫儲存的材料與容器可靠性，並改善核燃料循環的效率與使用壽命。」

研究團隊採用非破壞性成像技術記錄反應的起始過程，相關發現將協助研究人員建立更精確的預測模型，掌握鈾金屬元件隨時間劣化的機制。

類似「間歇泉」效應

當氫氣與鈾金屬相互作用時，會產生具有高度反應性的粉末並引發連鎖反應。LLNL 科學家 Jibril Shittu 將這種交互作用比喻為間歇泉噴發。

首先，氫氣會溶解並擴散進入鈾金屬內部。當鈾金屬無法再容納更多氫氣時，兩種材料便會結合形成一種名為「氫化鈾」（uranium hydride）的新化合物。

由於氫化鈾的體積比原始鈾金屬更大，內部壓力隨之增加。這股壓力會將材料向上推擠，在表面形成淺層水泡狀隆起。最終水泡破裂，釋放出氫化鈾粉末並暴露出新鮮的金屬表面，進而加速反應進行。

Shittu 解釋：「簡而言之就是：吸附、解離、擴散、累積、起泡、破裂、剝落。這就是整個循環，一旦開始就很難停止。」

追蹤反應起始階段的技術突破

過去，追蹤這種反應的起始階段一直是一大挑戰。該領域傳統上採用的兩種標準監測技術，都只能在反應充分展開後才能有效運作，導致初始階段的事件始終無法被記錄。

為了解決這個問題，LLNL 團隊採用了「白光干涉術」（white-light interferometry）。這種方法透過測量光線從鈾金屬表面反射後與參考光束之間的差異，繪製出微型地形圖。

由於這項技術不會接觸或破壞材料，研究團隊得以在整個反應過程中反覆掃描同一表面，建立起逐幀的完整記錄。

數據揭示了出乎意料的現象：氫化物水泡並未出現在模型預測的位置，而且腐蝕是沿著表面水平擴散，而非深入金屬內部。

技術可望應用於其他領域

研究團隊在新聞稿中表示：「本次研究是在狹窄的溫度範圍及單一氫氣壓力與材料狀態下進行的，下一步將擴展至更廣泛的條件範圍。」

這種非接觸式成像方法也可望轉移應用至其他領域，例如研究氫化物超導體的劣化問題，或一般工業金屬腐蝕的檢測。

研究人員總結道：「這項成果將促成更具預測性且更符合物理機制的鈾金屬元件劣化模型。」

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