Wetenschappers van de National Research Nuclear University MEPhI (Rusland) hebben verduidelijkt hoe het veranderen van de nanostructuur van materialen voor toekomstige energiefusiereactoren hun plasticiteit beïnvloedt, hittebestendigheid en andere belangrijke eigenschappen.

De ontwikkeling van snelle-neutronenreactoren en een efficiënte fusiereactor zijn veelbelovende projecten op het gebied van kernenergie. Het eerste zal het mogelijk maken om de splijtstofkringloop te sluiten en de kernenergie-industrie milieuvriendelijker te maken. Dit laatste zal de creatie van een fundamenteel nieuwe methode van energieproductie mogelijk maken. Het meest bekende project dat is ontworpen om de opkomst van energieproducerende fusiereactoren te versnellen, is de International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER).

Het is moeilijk om nieuwe energieapparaten te creëren omdat ze extreme omstandigheden creëren. Er worden ongelooflijk hoge eisen gesteld aan materialen voor nieuwe reactoren. Blootgesteld aan hoge temperaturen en stromen van energierijke straling, bestaande materialen hebben de neiging snel af te breken. De meest duurzame hiervan kunnen stralingsdoses verdragen, waarbij elk atoom tussen de 80 en 90 keer wordt verplaatst. Deze parameter moet twee keer zo groot zijn voor thermonucleaire energie-installaties. De materiaalspanningsweerstand bepaalt of een reactor als efficiënt en veilig kan worden beschouwd.

MEPhI-onderzoekers hebben dit probleem aangepakt met behulp van nanotechnologieën. Ferriet-martensietstaal op basis van Fe-Cr-legeringen en oxide-dispersieversterkte staalsoorten worden beschouwd als de meest veelbelovende materialen voor toekomstige energie-installaties. MEPhI-onderzoekers hebben experimenteel aangetoond hoe deze materialen op atomair niveau konden worden geherstructureerd en hoe de atomen werden herverdeeld, wat leidt tot een aanzienlijke toename van fragiliteit en verlies van plasticiteit. Het onderzoek is gepubliceerd in de Journal of Nuclear Materials en de Journal of Nuclear Materials and Energy .

Het veranderen van de nanostructuur van een materiaal kan de eigenschappen ervan veranderen, en als gevolg daarvan, de levenscyclus van actieve zones aanzienlijk verkorten. In sommige gevallen, echter, wetenschappers kunnen veranderingen in de nanostructuur selecteren die materialen unieke eigenschappen geven, zoals een hoge hittebestendigheid. Tijdens de experimenten, Legeringen van het Fe-Cr-model en met oxide-dispersie versterkt (ODS) staal werden blootgesteld aan verschillende effecten, waarbij veranderingen in eigenschappen op nanoschaal werden vastgelegd met behulp van atoomsondetomografie.

Sergei Rogozhkin, plaatsvervangend hoofd van de afdeling Extreme States of Matter Physics van het MEPHi Institute of Nuclear Physics and Technologies, zei dat ze de staat van de materialen op nanoschaal en hun herstructurering onder verschillende effecten hadden geanalyseerd:"We veroorzaakten thermische veroudering en gebruikten bundels metaalionen om vast te stellen dat hun invloed zou kunnen leiden tot het breken van de nanostructuur."

Volgens S. Rogozhkin, dit onderzoek zou kunnen worden gebruikt om materialen te maken voor ITER en voor toekomstige energie-installaties. "ITER is bedoeld om de efficiëntie van het thermonucleaire reactorconcept aan te tonen. De eisen aan materialen zijn in dit stadium hoog, maar een volgende generatie thermonucleaire installatie zal nog extremere omstandigheden creëren, dus fundamenteel nieuwe materialen, inclusief degenen die we nu bestuderen, precies voor deze eisen worden ontwikkeld, " hij legde uit.