Wyobraźmy sobie stal, która jest w stanie pracować w temperaturach nawet dwukrotnie wyższych niż większość stopów także tych austenitycznych. Stal tak odporną na utlenianie, której głównym zadaniem będzie praca w reaktorach jądrowych wysokotemperaturowych lub reaktorach termojądrowych. Tam temperatura będzie dochodzić nawet do 800 stopni celsjusza, więc do ich skontruowania niezbędny będzie superwytrzymały materiał. Z pomocą dla świata jak zwykle przychodzą polscy naukowcy.

Fot: © Narodowe Centrum Badań Jądrowych Karol Malinowski, IPJ

W Instytucie Problemów Jądrowych w Świerku zwiększa się wytrzymałość cieplną stali wykorzystując do tego celu plazmę, czyli zjonizowany gaz. Metalowy element poddawany jest bardzo krótkiemu wyładowaniu plazmowemu, które dosłownie na ułamek sekundy stapia jego powierzchnie. Jest to możliwe dzięki ogromnej temperaturze. W tym właśnie momencie na płynną powierzchnię wprowadzane są atomy cyrkonu i lantanu, które wnikają w strukturę stali znacząco podnosząc jej wytrzymałość na temperaturę. Wyładowanie plazmowe generowane poprzez specjalistyczną maszynę osiąga temperaturę nawet do 100 milionów stopni celsjusza. Dla porównania: wnętrze naszego Słońca rozgrzewa się „zaledwie“ do 13,6 milionów stopni.

Maszyna generująca taki „piekarnik“ nosi nazwę IBIS i została zbudowana przez Polaków jeszcze w latach 90‘tych. Inicjatorami badań nad polepszaniem właściwości stali byli prof. Jerzy Piekoszewski (zmarły w ubiegłym roku) oraz dr Bożena Sartowska. Sposób przeprowadzenia na pierwszy rzut oka wygląda niemal dziecinne prosto. We wnętrzu „plazmowej armaty“ w specjalnej komorze znajdują się dwie elektrody. Tam wtłacza się odpowiedni gaz wraz lantanem i cyrkonem, aż do momentu uzyskania właściwego ciśnienia. Wtedy następuje silny impuls elektryczny o wysokim napięciu, co skutkuje wyładowaniem elektrycznym w obszarze między elektrodami. Gaz zostaje zjonizowany i płynie przez niego prąd o niesmowitej mocy. W tym czasie na zaledwie 200 nanosekund powstaje tak zwany „zgęstek“ osiągający ogromną temperaturę.W wyniku całego procesu udaje się stopić mikrometrową warstwę stali, w którą wnikają atomu cyrkonu i lantanu. Tak potraktowana stal jest w stanie pracować nawet pod oddziaływaniem temperatur rzędu 750 – 800 stopni celsjusza, podczas gdy typowe stale austenityczne tracą swe właściwości i ulegają degradacji.

Fot: Juandoso / flickr.com / CC

To nie jedyny sposób wykorzystania IBIS’a jakim może być zainteresowana nasza branża. W ośrodku w Świerku obstrzeliwana plazmą jest także folia tytanowa. W tym wypadku wykorzystuje się pallad lub platynę. Dzięki zastosowaniu tego pierwszegu udało się zwiększyć odporność tytanowych elementów na środowiska, w których wykorzystyuje się silne chemikalia. Z kolei platynowo „zbombardowany“ tytan daje możliwość skonstruowania katalizatorów spalin, które popracują dłużej niż te „standardowe“.

Na pytanie: Kto widział plazmę na własne oczy, zapewne duża część odpowie przecząco. (Prócz tych, którzy mogli widzieć wycinarkę plazmową w akcji) A ja założę się, że prawie 90% z was widziało plazmę, a nawet jej "dotykało" (i nie chodzi mi tutaj telewizor). Kojarzycie wynalazek ze zdjęcia obok? Te różowe wstążki to właśnie plazma, dzięki której być może już niedługo na skale masową będziemy produkować wyroby o bardzo wysokiej wytrzymałości na ciepło.

(Instytut Problemów Jądrowych)