Los ingenieros desarrollan una técnica para mejorar la vida útil de las plantas de energía de fusión de próxima generación
(a) Muestra P91 soldada por láser para el estrés residual, microestructuras (EBSD y SEM) y caracterización de microduidad, (b) la cuantificación de tensión residual de núcleo de anillo PFIB-DIC, (c) la medición de estrés residual de nanoindentación, donde la temperatura de la temperatura de la temperatura de los anillos en el anillo de la calificación de PFIB durante la medición de PFIB-Dic proporciona una referencia libre de estrés libre de estrés, (D). Prueba de tracción y extensómetros virtuales aplicados en el análisis DIC, y la muestra rectangular para pruebas de tracción a alta temperatura utilizando las pruebas mecánicas electro termales. Crédito: Journal of Materials Research and Technology (2025). Doi: 10.1016/j.jmrt.2025.02.260
A medida que el mundo corre para construir la primera planta comercial de fusión nuclear, los ingenieros de la Universidad de Surrey han hecho un gran avance para comprender cómo se comportan los componentes soldados dentro de las condiciones extremas de un reactor, ofreciendo ideas críticas para diseñar sistemas de energía de fusión más seguros y duraderos.
Trabajando en colaboración con la Autoridad de Energía Atómica del Reino Unido (UKAEA), el Laboratorio Nacional Físico y el Proveedor Global de Instrumentos Científicos para Tescan de nanoingeniería, los investigadores han desarrollado y utilizado un método microscópico avanzado para mapear debilidades ocultas bloqueadas dentro de los metales soldados durante la fabricación que pueden comprometer los componentes de reactores y reducir su vida.
La investigación, publicada en el Journal of Materials Research and Technology, detalla cómo examinaron el acero P91, un candidato de metal muy fuerte y resistente al calor para futuras plantas de fusión. Los investigadores aplicaron una técnica de imagen avanzada utilizando un haz de iones centrado en el plasma y la correlación de imagen digital (PFIB-DIC) para mapear el estrés residual en zonas de soldadura ultra narrada que anteriormente eran demasiado pequeñas para estudiar con métodos convencionales.
Los resultados mostraron que el estrés interno tiene un gran impacto en cómo funciona el acero P91: el estrés beneficioso, lo que hace que algunas áreas sean más difíciles y perjudiciales, lo que hace que otras estén más suaves, lo que afecta cómo se dobla y se rompe el metal. A 550 ° C, la temperatura esperada en los reactores de fusión, el metal se volvió más frágil y perdió más del 30% de su resistencia.
El Dr. Tan Sui, profesor asociado (lector) en ingeniería de materiales en la Universidad de Surrey, que dirige la investigación, dijo: “La energía de fusión tiene un gran potencial como fuente de energía limpia y confiable que podría ayudarnos a reducir las emisiones de carbono, mejorar la seguridad energética y los costos de energía más bajos frente a las facturas ascendentes.
“Estudios anteriores han analizado el rendimiento del material a temperaturas más bajas, pero hemos encontrado una manera de probar cómo las articulaciones soldadas se comportan en condiciones reales de reactores de fusión, particularmente altas calor. Los hallazgos son más representativos de los entornos de fusión duros, lo que las hace más útiles para futuras evaluaciones de seguridad y evaluaciones de seguridad”.
La energía de fusión, el proceso que alimenta el sol y las estrellas, fusiona átomos de luz para liberar cantidades masivas de energía. A diferencia de la energía nuclear tradicional, los materiales utilizados y los desechos radiactivos producidos son generalmente de corta duración y mucho menos peligrosas.
Más allá del laboratorio, los datos del equipo proporcionan una base para validar modelos de simulación de elementos finitos y herramientas predictivas con aprendizaje automático, que tienen un gran potencial para acelerar el diseño de reactores de fusión como el programa STEP del Reino Unido y el proyecto de la planta de energía de demostración de la UE. Esto ayudará a los investigadores a refinar las predicciones y se centrará en los resultados materiales más positivos, reduciendo significativamente los costos experimentales.
El Dr. Bin Zhu, investigador del Centro de Materiales de Ingeniería de la Universidad de Surrey y un autor clave del estudio, dijo: “Nuestro trabajo ofrece un plan para evaluar la integridad estructural de las articulaciones soldadas en los reactores de fusión y en una amplia gama de entornos extremos. La metodología que desarrollamos cómo evaluamos el estrés residual y puede aplicarse a muchos tipos de metales. Es un paso más amplio en un paso más adelante en el diseño de los principales, es una forma más importante para la forma de evaluar las componentes residuales y se puede aplicar a muchos tipos de metalicias. Es un paso mayor en un paso mayor en el nivel principal en el diseño de los componentes residuales. el sector nuclear “.
Con la futura comercialización de la potencia de fusión en el horizonte, la investigación desempeñará un papel crucial en el avance de las tecnologías necesarias para hacerla realidad, lo que nos acerca a la entrega de electricidad segura y baja en carbono a escala.
Jiří Dluhoš, gerente de productos FIB-SEM en Tescan, dijo: “Estamos orgullosos de que nuestros instrumentos FIB-SEM puedan ser parte de un tema tan crucial en la investigación de materiales para la industria energética. Nuestra larga colaboración con la Universidad de Surrey para automatizar las mediciones de estrés residual microscópico demuestra que el fibe de plasma se puede utilizar con éxito para un alto contenido de precisión en el mecanizado de microescópicos en el microescópico”.
Más información: Bin Zhu et al, evaluando el estrés residual y el rendimiento mecánico de alta temperatura del acero P91 soldado por láser para componentes de la planta de energía de fusión, Journal of Materials Research and Technology (2025). Doi: 10.1016/j.jmrt.2025.02.260
Proporcionado por la Universidad de Surrey
Cita: los ingenieros desarrollan una técnica para mejorar la vida útil de las plantas de energía de fusión de próxima generación (2025, 29 de abril) Recuperado el 29 de abril de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-04-technique-lifespan-fusion-power.html
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