Учёные нашли способ повысить надежность термоядерных реакторов

В Университете Суррея разработан инновационный метод анализа поведения сварных соединений в экстремальных температурных условиях термоядерных реакторов. Исследование проведено совместно с UK Atomic Energy Authority (UKAEA), Национальной физической лабораторией и TESCAN. Оно сосредоточено на стали P91, рассматриваемой как перспективный материал для будущих реакторов. Ученые подвергли сталь нагреву до 550 градусов Цельсия, имитируя рабочую температуру реактора. Выяснилось, что при такой температуре сталь становится значительно более хрупкой, теряя более 30% своей прочности по сравнению с показателями при более низких температурах.

Изображение сгенерировано Grok

Главным элементом исследования стало картирование «остаточных напряжений» – скрытых напряжений, возникающих в металлах в процессе производства, особенно в микроскопических зонах сварных швов. Эти напряжения могут привести к образованию скрытых дефектов, которые снижают надежность и долговечность компонентов реактора. Для анализа этих труднодоступных областей команда использовала передовой метод, комбинирующий плазменно-фокусированный ионный пучок и цифровую корреляцию изображений (PFIB-DIC). Это позволило изучить ультраузкие зоны сварки, недоступные для исследования традиционными методами.

Результаты показали, что внутренние напряжения существенно влияют на поведение стали P91. В одних участках наблюдалось упрочнение, в других – снижение прочности из-за негативного влияния напряжений. Это влияет на то, как металл деформируется и разрушается под нагрузкой. 
Понимание этого поведения при рабочих температурах реактора критически важно для обеспечения его структурной целостности. Разработанная методология преобразует подходы к оценке остаточных напряжений и может быть применена к широкому спектру металлических соединений. Полученные данные послужат основой для проверки компьютерных моделей и инструментов прогнозирования на базе ИИ, а это сильно ускорит разработку крупных термоядерных проектов.