Новий метод виявив дефекти зварних швів у термоядерних системах

Інженери з Університету Суррея розробили передову мікроскопічну методику, яка виявляє приховані слабкі місця у зварних з’єднаннях термоядерних реакторів, що відкриває шлях до безпечнішої та надійнішої термоядерної енергетики.

Дослідники досягли значного прориву у вивченні поведінки металевих зварних з’єднань. Вони зосередились на екстремальних умовах всередині термоядерних реакторів. Ця інновація має критичне значення для розвитку безпечних і довговічних систем екологічно чистої термоядерної енергетики.

Спільна робота між Університетом Суррея, Агентством з атомної енергії Великої Британії та іншими партнерами принесла видатні результати. Учасники проєкту розробили нову технологію для виявлення прихованих дефектів у металах. Ці внутрішні слабкі місця формуються під час виробництва компонентів реактора.

Революційна техніка візуалізації

Результати дослідження були опубліковані в Journal of Materials Research and Technology. Вони зосереджені на сталі P91, особливо міцному та жаростійкому сплаві. Цей матеріал розглядається як перспективний для майбутніх термоядерних реакторів.

Дослідники використали складний метод, який називається плазмово-фокусований іонний пучок і цифрова кореляція зображень. Ця технологія дозволила їм відобразити залишкові напруження в надзвичайно вузьких зварних зонах. Такі зони раніше було неможливо проаналізувати звичайними інструментами.

Отримані результати показали значний вплив внутрішніх напружень на поведінку сталі P91. Сприятливі напруження роблять деякі ділянки твердішими. Негативні напруження призводять до пом’якшення металу, що впливає на його міцність і крихкість.

Моделювання реальних умов

“Термоядерний синтез має величезний потенціал як джерело чистої, надійної енергії, що може допомогти нам скоротити викиди вуглецю, підвищити енергетичну безпеку і знизити витрати на енергію в умовах зростання рахунків”, – зазначає д-р Тан Суй, який очолює дослідження.

Особливість цього дослідження полягає в моделюванні реальних умов термоядерного реактора. При температурі 550°C, яка очікується всередині реактора, метал стає більш крихким. Він втрачає понад 30% своєї міцності. Попередні дослідження зосереджувались переважно на випробуваннях при низьких температурах.

Термоядерний синтез – це процес, який відбувається на Сонці та зірках. Він об’єднує легкі атоми, вивільняючи величезну кількість енергії. На відміну від традиційних ядерних реакторів, матеріали та радіоактивні відходи термоядерних установок менш небезпечні та короткоживучі.

Практичне застосування результатів

Д-р Бін Чжу, науковий співробітник і ключовий автор дослідження, підкреслює практичне значення роботи. “Наша робота пропонує план оцінки структурної цілісності зварних з’єднань в термоядерних реакторах і в широкому діапазоні екстремальних середовищ”.

Дані, отримані командою, використовуються для перевірки симуляційних моделей та інструментів прогнозування на основі машинного навчання. Це має великий потенціал для прискорення проєктування термоядерних реакторів. Серед важливих проєктів – британська програма STEP та проєкт електростанції DEMO в ЄС.

Методологія дослідників змінює підхід до оцінки залишкових напружень. Вона може застосовуватися до різних типів металевих з’єднань. Це суттєвий внесок у розробку безпечніших компонентів для ядерного сектору, що наближає нас до масштабного постачання безпечної, низьковуглецевої електроенергії.