Scienziati della National Research Nuclear University MEPhI (Russia) hanno chiarito come la modifica della nanostruttura dei materiali per i futuri reattori a fusione energetica influenzi la loro plasticità, resistenza al calore e altre proprietà importanti.

Lo sviluppo di reattori a neutroni veloci e un reattore a fusione efficiente sono promettenti progetti di ingegneria nucleare. Il primo consentirà di chiudere il ciclo del combustibile nucleare e rendere l'industria dell'energia nucleare più rispettosa dell'ambiente. Quest'ultimo consentirà la creazione di un metodo fondamentalmente nuovo di produzione di energia. Il progetto più noto progettato per accelerare l'emergere di reattori a fusione che producono energia è l'International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER).

È difficile creare nuovi dispositivi energetici perché comportano la creazione di condizioni estreme. I requisiti dei materiali per i nuovi reattori sono incredibilmente elevati. Esposto ad alte temperature e flussi di radiazioni ad alta energia, i materiali esistenti tendono a degradarsi rapidamente. Il più durevole di questi può sostenere dosi di radiazioni, in cui ogni atomo è spostato tra 80 e 90 volte. Questo parametro dovrebbe essere il doppio per gli impianti di energia termonucleare. La resistenza allo stress del materiale determina se un reattore può essere considerato efficiente e sicuro.

I ricercatori MEPhI hanno affrontato questo problema utilizzando le nanotecnologie. Gli acciai ferrite-martensite a base di leghe Fe-Cr e gli acciai rinforzati con dispersione di ossido sono considerati i materiali più promettenti per le future installazioni energetiche. I ricercatori MEPhI hanno dimostrato sperimentalmente come questi materiali potrebbero essere ristrutturati a livello atomico e come gli atomi sono stati ridistribuiti, portando ad un sostanziale aumento della fragilità e alla perdita di plasticità. La ricerca è stata pubblicata su Journal of Nuclear Materials e il Journal of Nuclear Materials and Energy .

Cambiare la nanostruttura di un materiale può cambiare le sue proprietà, e di conseguenza, ridurre significativamente il ciclo di vita delle zone attive. In alcuni casi, però, gli scienziati possono selezionare modifiche alla nanostruttura che forniscono materiali con proprietà uniche come l'elevata resistenza al calore. Durante gli esperimenti, Le leghe modello Fe-Cr e gli acciai rinforzati per dispersione di ossido (ODS) sono stati esposti a vari impatti, durante i quali sono stati registrati cambiamenti su scala nanometrica nelle proprietà con l'aiuto della tomografia a sonda atomica.

Sergei Rogozhkin, vice capo del Dipartimento di Fisica degli Stati Estremi della Materia presso l'Istituto MEPHi di Fisica e Tecnologie Nucleari, ha affermato di aver analizzato lo stato su scala nanometrica dei materiali e la loro ristrutturazione sotto vari impatti:"Abbiamo indotto l'invecchiamento termico e utilizzato fasci di ioni metallici per stabilire che la loro influenza potrebbe portare alla rottura della nanostruttura".

Secondo S. Rogozhkin, questa ricerca potrebbe essere utilizzata per creare materiali per ITER e per futuri impianti energetici. "ITER ha lo scopo di dimostrare l'efficienza del concetto di reattore termonucleare. I requisiti sui materiali sono elevati in questa fase, ma un impianto termonucleare di nuova generazione creerà condizioni ancora più estreme, materiali così fondamentalmente nuovi, compresi quelli che stiamo studiando ora, vengono sviluppati proprio per queste esigenze, " Lui ha spiegato.