La sicurezza dei reattori a fusione è migliorata grazie ad una svolta nell'analisi delle saldature / Fusion reactor safety boosted by breakthrough in weld analysis

La sicurezza dei reattori a fusione è migliorata grazie ad una svolta nell'analisi delle saldature. Il procedimento del brevetto ENEA RM2012A000637 è molto utile in qusto tipo di applicazione. / Fusion reactor safety boosted by breakthrough in weld analysis. The procedure of the ENEA patent RM2012A000637 is very useful in this type of application.

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Grazie a nuove conoscenze sul comportamento dei loro componenti saldati, potrebbe essere possibile realizzare reattori a fusione più sicuri e duraturi.

Lavorando in collaborazione con l'  Autorità per l'energia atomica del Regno Unito  (UKAEA), il  National Physical Laboratory e TESCAN, i ricercatori della Surrey University hanno sviluppato ed utilizzato un metodo microscopico avanzato per mappare i punti deboli all'interno dei metalli saldati durante la produzione che possono compromettere i componenti del reattore e ridurne la durata. 

La ricerca, pubblicata sul  Journal of Materials Research and Technology, descrive in dettaglio come è stato esaminato l'acciaio P91, un candidato per i futuri impianti di fusione.

I ricercatori hanno applicato una tecnica di imaging avanzata utilizzando un fascio di ioni focalizzato al plasma ed una correlazione di immagini digitali (PFIB-DIC) per mappare lo stress residuo in zone di saldatura ultra-strette che in precedenza erano troppo piccole per essere studiate con metodi convenzionali. 

I risultati hanno dimostrato che lo stress interno ha un impatto significativo sulle prestazioni dell'acciaio P91: lo stress positivo rende alcune aree più dure e lo stress negativo ne rende altre più morbide, influenzando il modo in cui il metallo si piega e si rompe. A 550 °C, il metallo diventa più fragile e perde oltre il 30% della sua resistenza. 

In una dichiarazione, il Dr. Tan Sui, responsabile della ricerca, ha affermato: "Studi precedenti hanno esaminato le prestazioni dei materiali a temperature più basse, ma abbiamo trovato un modo per testare il comportamento dei giunti saldati in condizioni reali di un reattore a fusione, in particolare a temperature elevate. I risultati sono più rappresentativi di ambienti di fusione difficili, il che li rende più utili per la futura progettazione di reattori e per le valutazioni di sicurezza".  

Si dice che i dati del gruppo forniscano anche una base per convalidare modelli di simulazione di elementi finiti e strumenti predittivi basati sull'apprendimento automatico, che potrebbero accelerare la progettazione di reattori a fusione.

Il Dott. Bin Zhu, ricercatore presso il Centro per l'Ingegneria dei Materiali della Surrey University e autore chiave dello studio, ha dichiarato: "La metodologia che abbiamo sviluppato trasforma il modo in cui valutiamo le tensioni residue e può essere applicata a molti tipi di giunti metallici. Rappresenta un importante passo avanti nella progettazione di componenti più sicuri e resilienti per il settore nucleare". 

ENGLISH

Safer and longer-lasting fusion energy reactors could be made possible following new insights into the behaviour of their welded components.

Working in collaboration with the UK Atomic Energy Authority (UKAEA), the National Physical Laboratory, and TESCAN, the researchers from Surrey University have developed and used an advanced microscopic method to map weaknesses inside welded metals during manufacturing that can compromise reactor components and reduce their lifespan. 

The research, published in the Journal of Materials Research and Technology, details how they examined P91 steel, which is a candidate for future fusion plants.

The researchers applied an advanced imaging technique using a plasma focused ion beam and digital image correlation (PFIB-DIC) to map residual stress in ultra-narrow weld zones that were previously too small to study with conventional methods. 

Results showed that internal stress has a big impact on how P91 steel performs with beneficial stress making some areas harder and detrimental stress making others softer, which affects how the metal bends and breaks. At 550°C the metal became more brittle and lost more than 30 per cent of its strength. 

In a statement, research lead Dr Tan Sui said: “Previous studies have looked at material performance at lower temperatures, but we’ve found a way to test how welded joints behave under real fusion reactor conditions, particularly high heat. The findings are more representative of harsh fusion environments, making them more useful for future reactor design and safety assessments.”  

The data from the team is also said to provide a foundation for validating finite element simulation models and machine learning-powered predictive tools, which could accelerate the design of fusion reactors.

Dr Bin Zhu, Research Fellow at Surrey University’s Centre for Engineering Materials and a key author of the study, said: “The methodology we developed transforms how we evaluate residual stress and can be applied to many types of metallic joints. It’s a major step forward in designing safer, more resilient components for the nuclear sector.” 

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/fusion-reactor-safety-boosted-by-breakthrough-in-weld-analysis