АВТОР: Скотт Гибсон

Еще в первые дни своей карьеры в колледже Чад Пэриш осознал, что его любопытство и интересы привлекли его к той работе, которую он выполняет сегодня в лаборатории разработки и анализа материалов с низкой активацией, или LAMDA, в Окриджской национальной лаборатории Министерства энергетики. . Используя микроскопию и микроструктурные характеристики, он раскрывает сложные атомные структуры материалов, необходимые для разработки более безопасных и экономичных ядерных реакторов. Его таланты и опыт ставят его в центр многих совместных проектов, касающихся материалов для экстремальных условий и национальной безопасности.

«Многие люди из всех подразделений лаборатории приходят ко мне, когда у них возникает особенно трудная проблема, и я просто делаю разовую помощь и помогаю им. Это было моим хлебом с маслом в течение примерно десяти лет, и это также привело ко многим долгосрочным сотрудничествам», — сказал Пэриш, старший сотрудник ORNL по исследованиям и разработкам.

В детстве Пэриш всегда любил физику. «Мои интересы менялись из недели в неделю», — сказал он. «Они перешли от химии к физике и палеонтологии, но я всегда был сосредоточен на какой-то науке. Я был ужасен в спорте».

Окруженный старшими братьями, сестрами и двоюродными братьями, он регулярно наблюдал за их поведением и увлекался их книгами и интересами, такими как компьютерное программирование. «Мой юношеский интерес к компьютерам не перерос в мою карьеру, но определенно стал преимуществом для меня как ученого-физика», — сказал Пэриш.

Поскольку в старшей школе он изучал химию на продвинутом уровне, химическая инженерия казалась подходящей для его специальности, поскольку он собирался поступать на степень бакалавра в Университете штата Северная Каролина. Но прежде чем школа разрешила первокурсникам выбирать специальность, им потребовалось посетить различные инженерные программы. Тот, который посетил Пэриш, был посвящен материаловедению и инженерному делу.

«Они делали такие вещи, как разбивали большие куски металла и помещали материалы под электронный микроскоп. Ручка масштабирования щелкнула, щелкнула, щелкнула, и в поле зрения стали появляться мельчайшие детали. Я подумал: «Вот оно. Это мои вещи прямо здесь», — сказал он.

Неофициальные фразы из материаловедения для всего процесса, который он наблюдал в тот день, — это металлургия «нагреть и взбить» или «приготовить и посмотреть». Экспериментатор раскаляет металл докрасна, деформирует его, а затем фиксирует распределение свойств по материалу после нагрева и охлаждения. Пэриш применил эти навыки во время учебы в магистратуре Питтсбургского университета. В исследовании, финансируемом US Steel, он изучал способы оптимизации гальванизации стали для автомобильной промышленности.

«Если сталь в вашей машине не оцинкована, она заржавеет от соли, использованной после первой метели», — сказал Пэриш. «Независимо от того, насколько хороши свойства стали, автомобильная промышленность не примет ее на вооружение, если не удастся добиться идеального цинкового покрытия для предотвращения коррозии. Мы использовали метод проб и ошибок с различными легирующими элементами, чтобы найти баланс между хорошими механическими свойствами и способностью к гальванизации. Благодаря этим экспериментам я многое узнал об электронной микроскопии, которая в то время еще не осознавала, что станет моей специальностью».

Создание карьерной траектории

Значительно отойдя от автомобильных сталей, Пэриш затем сосредоточился на оптоэлектронных устройствах, таких как светодиоды, используемые в современном освещении, одновременно получая докторскую степень в Университете штата Северная Каролина.

«Нам нужны были детекторы для проникновения внутрь сканирующего электронного микроскопа для исследования материалов, поэтому я провел три с половиной года в подвальной лаборатории университета, по локоть в электронных микроскопах. Этот опыт сыграл важную роль в определении моей карьерной траектории», — сказал он.

Следующий этап его пути развития начался, когда Национальные лаборатории Сандии, которые проводят исследования в области национальной безопасности, в том числе в таких областях, как ядерное сдерживание, нераспространение и передовые оборонные технологии, наняли его для изучения данных в качестве постдокторанта.

«За два с половиной года работы в Сандии я смог применить многие навыки программирования, полученные в детстве, к наборам данных современных электронных микроскопов», — сказал Пэриш. «Таким образом, две вещи совершенно разного происхождения в моей жизни слились воедино, чтобы не только помочь мне в исследовании Сандии, но и подготовить меня к некоторым потребностям, которые ORNL имели в то время».

Пэриш присоединился к ORNL в 2009 году в качестве стипендиата Элвина М. Вайнберга — программы для начинающих ученых и инженеров, демонстрирующих исключительный исследовательский потенциал. Стипендиаты Вайнберга реализуют независимые проекты в области энергетики, экологии или передовых технологий, сотрудничая с опытными исследователями и используя ресурсы ORNL для развития своих навыков и карьеры.

«В первые пару лет работы в ОРНЛ я изучал ядерные материалы. Я также изучал такие разнообразные темы, как сварка и солнечные батареи», — сказал Пэриш. «По совпадению, когда меня наняли, несколько человек уходили на пенсию, и поэтому я обнаружил, что мне нужно добавить методы в свой исследовательский репертуар, который состоял в основном из трансмиссионной электронной микроскопии и сканирующей электронной микроскопии. Итак, я научился использовать новые навыки вместе с уже имеющимися и комбинировать различные эксперименты, чтобы отвечать на вопросы».

Влияние на исследования материалов термоядерного синтеза и деления

В 2015 году Пэриш получил награду Программы ранних карьерных исследований Управления науки Министерства энергетики США в области термоядерных энергетических наук. Эта награда предоставила ему финансирование для решения проблем с материалами для термоядерной энергетики. В 2018 году он был удостоен награды Дэвида Дж. Роуза за выдающиеся достижения в области термоядерной инженерии от Fusion Power Associates.

«Если бы у космического корабля и ядерного реактора родился ребенок, это был бы термоядерный реактор», — сказал Пэриш. «Это самая отвратительная среда обслуживания, какую только может себе представить человеческий разум. Все ужасное находится внутри — плазма, нейтроны, тепловой поток, магнитные поля и агрессивные охлаждающие жидкости».

ORNL имеет крупнейшую программу термоядерных материалов в Соединенных Штатах. Пэриш помогает и участвует в этой программе уже долгое время, потому что большая часть материаловедения, и особенно ядерных материалов, происходит на наноуровне.

«Скажем, кто-то изобрел новую сталь и считает, что она будет очень хороша в качестве конструкционного материала для модуля бланкета термоядерного реактора. Потом его готовят в реакторе в течение года, и он оказывается ужасным», — сказал Пэриш. «Я могу посмотреть на микроструктуру и наноструктуру и определить, что произошло. Я могу обнаружить, что в рецептуре стали слишком много углерода, и на границах зерен вырос карбид хрома, который стал слабым и привел к разрушению материала».

Пэриш также привнес свой опыт в программы ядерной энергетики. Он пояснил, что большая часть внимания программы ядерной энергетики США после аварии на реакторе Фукусима в Японии в 2011 году была сосредоточена на разработке устойчивых к авариям материалов.

«Многие исследования направлены на моделирование ядерного топлива, чтобы выяснить, что происходит во время аварии с потерей теплоносителя, такой как на Фукусиме», — сказал Пэриш. «Эволюцию материала невозможно смоделировать, если не известна исходная микроструктура. Именно такую ​​информацию я им даю, и мы проводим захватывающие исследования с широкими последствиями».

Использование дополнительных сильных сторон

Совместно Пэриш и его коллеги по исследовательской группе ORNL работают со многими профессорами и связанными с ними группами в Университете Теннесси. Некоторые профессора являются преподавателями ORNL. Программа ORNL Fusion также имеет прочные связи с Университетом Стоуни-Брук в Нью-Йорке и Калифорнийским университетом в Сан-Диего.

«Стоуни Брук занимается разработкой сплавов и обработкой материалов, которые дополняют наш опыт в области электронной микроскопии и радиационного материаловедения», — сказал Пэриш. «В Сан-Диего специализируются на взаимодействии плазмы с материалами, и мой микроструктурный анализ объясняет явления в их плазменных устройствах. Сотрудничество всегда должно осуществляться с теми, кто дополняет ваш опыт».

Готовый ресурс для решения проблем

Изо дня в день люди появляются на пороге Пэриша, когда они в тупике: эксперименты, которые они проводили, или люди, которых они спрашивали, не определили, что представляет собой конкретный материал.

«Поскольку для решения многих проблем я использую другой набор инструментов, я могу найти решение. Например, я могу обнаружить ключевое химическое взаимодействие на границе раздела материалов, и тогда человек поймет, что наблюдение имеет смысл», — сказал Пэриш. «Что я хочу сказать, так это то, что я достаточно хорош в нескольких разных вещах, что делает меня хорошим специалистом по решению комплексных проблем».

UT-Battelle управляет ORNL Управления науки Министерства энергетики, крупнейшего спонсора фундаментальных исследований в области физических наук в Соединенных Штатах. Управление науки работает над решением некоторых из наиболее острых проблем нашего времени. Для получения дополнительной информации посетите Energy.gov/science . — Скотт Гибсон