ฟังก์ชันพลังงานขอบเกรนในทังสเตน

สถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติ (องค์การมหาชน) ในกำกับของกระทรวงการอุดมศึกษาวิทยาศาสตร์วิจัยและนวัตกรรมได้ลงนามกับมหาวิทยาลัยชั้นนำในประเทศไทยจำนวน 18 แห่ง ในการจัดตั้งศูนย์วิจัยและพัฒนาพลาสมาและเทคโนโลยีนิวเคลียร์ฟิวชัน (Center of Plasma and Nuclear Fusion Technology, CPaF) ศูนย์วิจัยนี้จะทำงานเป็นเครือข่ายเพื่อผลักดันให้การทำวิจัยทางด้านพลาสมาและเทคโนโลยีนิวเคลียร์ฟิวชันเป็นไปอย่างมีทิศทาง ก่อให้เกิดผลสัมฤทธิ์ทั้งด้านองค์ความรู้ในการพัฒนานวัตกรรมที่สามารถประยุกต์ใช้กับภาคอุตสาหกรรม โดยทางสถาบันเทคโนโลยีนิวเคลียร์แห่งชาติได้ร่วมมือกับประเทศจีนในการติดตั้งเครื่องโทคาแมคในประเทศไทย (TT1) ซึ่งเป็นเครื่องสำหรับการกักกันพลาสมาด้วยสนามแม่เหล็กไฟฟ้าควบคู่ไปกับการวิจัยพลาสมาพื้นฐาน  โดยคณะผู้วิจัยสนใจเกี่ยวกับวัสดุโครงสร้างเครื่องโทคาแมคที่ต้องอยู่ภายใต้สภาวะอุณหภูมิสูงและพลาสมาความเข้มสูง  โลหะทังสเตนเป็นวัสดุที่ได้รับความนิยมในการพัฒนาสำหรับประยุกต์ใช้เป็นผนังด้านในเครื่องโทคาแมคนี้ เนื่องจากจุดหลอมเหลวที่สูง และความต้านทานการแผ่มากกว่าโลหะชนิดอื่น แต่โดยทั่วไปโลหะทังสเตนไม่สเถียรที่อุณหภูมิสูงและพลาสมาความเข้มสูง  คณะผู้วิจัยได้ทำการศึกษาพลังงานขอบเกรนในทังสเตนซึ่งส่งผลต่อสมบัติวัสดุ และการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง (Materials Letter 186, 2017, 116-118) โดยใช้การคำนวณเชิงฟิสิกส์จากแบบจำลองเชิงอะตอม (Atomistic Simulations) และแบบจำลองพลังงานศักย์  จากการเปรียบเทียบค่าพลังงานอิสระของขอบเกรนนี้กับจำนวนประชากรของขอบเกรนในนาโนทังสเตนความบริสุทธิ์สูง (X. Liu, et.al., Scr. Mater., vol. 69, pp. 413–416, 2013.) จากผลการจำลองการกระจายตัวของจำนวนประชากรของขอบเกรนและค่าพลังงานของขอบเกรนที่ได้จากการคำนวณพบว่าพลังงานของขอบเกรนที่ Σ3, 60°/[111] และ Σ9 39°/[110] แปรผกผันกับจำนวนประชากรของขอบเกรน ซึ่งมีความเป็นไปได้ในการวิศวกรรมขอบเกรนสำหรับออกแบบหรือผลิตวัสดุให้มีสมบัติที่ต้องการโดยเฉพาะ อย่างไรก็ตามจำลองพลังงานขอบเกรนด้วยแบบจำลองอะตอมยังมีข้อจำกัดในเรื่องปริมาณข้อมูลในแต่ละรูปแบบขอบเกรน (Misorientation)  ดังนั้นโครงการวิจัยนี้คณะผู้วิจัยจะสร้างฟังก์ชันพลังงานขอบเกรนในทังสเตนโดยใช้โครงสร้างขอบเกรนเป็นข้อมูลป้อนเข้าสำหรับการออกแบบโครงสร้างขอบเกรนของผนังด้านในเครื่องโทคาแมคในอนาคต