Esempio di sezioni di dati di tomografia a sezione trasversale dai piani xy (in alto) e xz (in basso) per il campione ITER_MB_ROI con un confronto tra i risultati della tomografia a raggi X (sinistra) e neutroni (destra). Credito:Llion Evans, Università di Swansea
Sfruttare la fusione nucleare, che alimenta il sole e le stelle, per contribuire a soddisfare il fabbisogno energetico della terra, è un passo avanti dopo che i ricercatori hanno dimostrato che l'utilizzo di due tipi di imaging può aiutarli a valutare la sicurezza e l'affidabilità delle parti utilizzate in un dispositivo a energia di fusione.
Scienziati della Swansea University, Centro di Culham per l'energia da fusione, ITER in Francia, e il Max-Planck Institute of Plasma Physics in Germania ha abbinato l'imaging a raggi X e neutroni per testare la robustezza delle parti.
Hanno scoperto che entrambi i metodi forniscono dati preziosi che possono essere utilizzati nello sviluppo di componenti.
Il sole è un fulgido esempio di fusione in azione. Negli estremi di pressione e temperatura al centro del sole gli atomi viaggiano abbastanza velocemente da fondersi insieme, liberando grandi quantità di energia. Per decenni, gli scienziati hanno cercato di sfruttare questa cassaforte, fonte di energia priva di carbonio e praticamente illimitata.
Uno dei principali ostacoli sono le temperature sbalorditive che i componenti dei dispositivi di fusione devono sopportare:fino a 10 volte il calore del centro del sole.
Uno dei principali approcci alla fusione, confinamento magnetico, richiede reattori che hanno alcuni dei più grandi gradienti di temperatura sulla terra, e potenzialmente nell'universo:plasmi che raggiungono picchi di 150 milioni di °C e la criopompa, che dista solo pochi metri, fino a -269 °C.
Tre tipi di campioni utilizzati per questo lavoro:(a sinistra) monoblocco di riferimento ITER (ITER_MB), (al centro) Culham Center for Fusion Energy concept monoblocco a taglio termico (CCFE_MB) e (a destra). Credito:Llion Evans, Università di Swansea
È fondamentale che i ricercatori possano testare, in modo non distruttivo, la robustezza dei componenti di ingegneria che devono funzionare in un ambiente così estremo.
Il team di ricerca si è concentrato su una componente critica, chiamato monoblocco, che è un tubo che trasporta il refrigerante. Questa è stata la prima volta che il nuovo design del monoblocco in tungsteno è stato ripreso dalla tomografia computerizzata. Hanno usato lo strumento di imaging neutronico di ISIS Neutron e Muon Source, SONO A.
Il Dr. Triestino Minniti del Science and Technology Facilities Council ha dichiarato:
"Ogni tecnica aveva i suoi vantaggi e svantaggi. Il vantaggio dell'imaging a neutroni rispetto all'imaging a raggi X è che i neutroni penetrano significativamente più attraverso il tungsteno.
Così, è possibile eseguire l'immagine di campioni contenenti volumi maggiori di tungsteno. La tomografia a neutroni ci consente anche di investigare l'intero monoblocco in modo non distruttivo, eliminando la necessità di produrre campioni per "regioni di interesse""
I ricercatori si sono avvicinati di un passo allo sfruttamento dell'energia di fusione, mostrando come l'imaging consente di testare meglio i componenti dei dispositivi. Credito:Università di Swansea
Il dottor Llion Evans del College of Engineering della Swansea University ha dichiarato:
"Questo lavoro è una prova del concetto che entrambi questi metodi di tomografia possono produrre dati preziosi. In futuro queste tecniche complementari possono essere utilizzate sia per il ciclo di ricerca e sviluppo della progettazione di componenti di fusione sia per la garanzia della qualità della produzione".
Il prossimo passo è convertire le immagini 3D prodotte da questa potente tecnica in simulazioni ingegneristiche con risoluzione su microscala. Questa tecnica, noto come metodo degli elementi finiti basato su immagini (IBFEM), consente di valutare individualmente le prestazioni di ciascuna parte e di tenere conto di piccole deviazioni dalla progettazione causate dai processi di produzione.
La ricerca è stata pubblicata su Ingegneria e progettazione della fusione .
