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.
Китайское «искусственное солнце» установило новый рекорд на пути к термоядерной энергетике
Новый термоядерный рекорд: во Франции удерживали плазму 22 минуты