Nanoskala analyse af materialer til fremtidige fusionsreaktorer

Forskere fra National Research Nuclear University MEPhI (Rusland) har afklaret, hvordan ændring af nanostrukturen af ​​materialer til fremtidige energifusionsreaktorer påvirker deres plasticitet, varmebestandighed og andre vigtige egenskaber.

At udvikle hurtige neutronreaktorer og en effektiv fusionsreaktor er lovende atomkrafttekniske projekter. Førstnævnte vil gøre det muligt at lukke atombrændstofcyklussen og gøre atomkraftindustrien mere miljøvenlig. Sidstnævnte vil muliggøre oprettelsen af ​​en grundlæggende ny metode til energiproduktion. Det mest kendte projekt designet til at fremskynde fremkomsten af ​​energiproducerende fusionsreaktorer er International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER).

Det er svært at skabe nye energienheder, fordi de indebærer at skabe ekstreme forhold. Der stilles utroligt høje krav til materialer til nye reaktorer. Udsat for høje temperaturer og strømme af højenergistråling, eksisterende materialer har en tendens til at nedbrydes hurtigt. Den mest holdbare af disse kan opretholde stråledoser, hvor hvert atom forskydes mellem 80 og 90 gange. Denne parameter bør være dobbelt så stor for termonukleare energianlæg. Materialestressmodstand bestemmer, om en reaktor kan betragtes som effektiv og sikker.

MEPhI -forskere behandlede dette problem ved hjælp af nanoteknologier. Ferrit-martensit stål baseret på Fe-Cr legeringer og oxiddispersionsforstærkede stål betragtes som de mest lovende materialer til fremtidige energianlæg. MEPhI -forskere har eksperimentelt demonstreret, hvordan disse materialer kunne omstruktureres på atomniveau, og hvordan atomerne blev omfordelt, hvilket fører til en betydelig stigning i skrøbelighed og tab af plasticitet. Undersøgelsen blev offentliggjort i Journal of Nuclear Materials og Journal of Nuclear Materials and Energy .

Ændring af et nanostruktur af et materiale kan ændre dets egenskaber, og som følge heraf, reducere livscyklussen for aktive zoner betydeligt. I nogle tilfælde, imidlertid, forskere kan vælge ændringer i nanostrukturen, der giver materialer unikke egenskaber, såsom høj varmebestandighed. Under forsøgene, Fe-Cr modellegeringer og oxiddispersionsforstærkede (ODS) stål blev udsat for forskellige påvirkninger, under hvilken nanoskalaændringer i egenskaber blev registreret ved hjælp af atomprobe tomografi.

Sergei Rogozhkin, vicechef for Institut for Ekstreme Stater for Matterfysik ved MEPHi Institute of Nuclear Physics and Technologies, sagde, at de havde analyseret materialernes nanoskala -tilstand og deres omstrukturering under forskellige påvirkninger:"Vi inducerede termisk ældning og brugte stråler af metalioner til at fastslå, at deres indflydelse kunne føre til brud på nanostrukturen."

Ifølge S. Rogozhkin, denne forskning kunne bruges til at skabe materialer til ITER og til fremtidige energianlæg. "ITER er beregnet til at demonstrere effektiviteten af ​​det termonukleare reaktorkoncept. Kravene til materialer er høje på dette stadium, men en næste generations termonuklear installation vil skabe endnu mere ekstreme forhold, så grundlæggende nye materialer, herunder dem, vi studerer nu, udvikles præcist til disse krav, "forklarede han.