Создана технология, способная решить проблему прочности термоядерных реакторов
Пока ведущие ученые мира пытаются построить первые работающие термоядерные электростанции, инженеры из британского Университета Суррея сделали важное открытие, которое может помочь реакторам будущего быть прочнее, работать дольше и безопаснее.
Термоядерная энергетика обладает потенциалом для получения чистой и надежной энергии и сокращения выбросов углекислого газа, но чтобы это стало реальностью, реакторы должны быть безопасными и долговечными. Термоядерная энергетика работает путем слияния небольших атомов друг с другом с выделением большого количества энергии. При этом образуется меньше вредных отходов, чем при традиционной ядерной энергетике, и используется больше материалов. Чтобы помочь термоядерному синтезу перейти из лаборатории в энергосистему, ученым нужны точные способы прогнозирования поведения материалов.
Изучив, как сварные детали ведут себя при экстремально высоких температурах, например, внутри термоядерного реактора, инженеры разработали более эффективный способ выявления и устранения слабых мест в материалах, используемых для создания термоядерных реакторов. Они сосредоточились на специальном металле — стали Р91, который отличается прочностью и термостойкостью, что делает его лучшим кандидатом.
Внутреннее напряжение, вызванное сваркой, может изменить прочность металла. При высоких температурах, ожидаемых на термоядерных установках (около 550°C), сталь становится намного более хрупкой и теряет более 30% своей прочности.
Исследователи создали мощную технологию визуализации для изучения сварной стали на микроскопическом уровне. Новый метод получил название PFIB-DIC, то есть «плазменно-сфокусированный ионный пучок и цифровая корреляция изображений». Технология позволяет видеть напряжение в очень узких зонах сварки, которые ранее были слишком малы для изучения.
Результаты исследования помогут усовершенствовать компьютерные модели и инструменты машинного обучения, используемые при проектировании реакторов. Теперь эти инструменты можно обучать на реальных данных, что поможет ускорить разработку коммерческих термоядерных электростанций, таких как британская программа STEP и европейский проект DEMO. Британские инженеры предложили новый способ проверки безопасности и прочности металлических соединений не только для термоядерных реакторов, но и для любых условий с экстремально высокой температурой.
Исследование опубликовано в Journal of Materials Research and Technology.
