Η πυρηνική σύντηξη θεωρείται μια από τις πιο υποσχόμενες λύσεις για την παραγωγή καθαρής και ασφαλούς ενέργειας στο μέλλον. Χωρίς να υπεισέλθουμε σε πολύπλοκα θέματα, σε αντίθεση με την πυρηνική σχάση, η σύντηξη δεν παράγει ραδιενεργά απόβλητα και αναπαράγει τις αντιδράσεις που συμβαίνουν στον Ήλιο, παράγοντας καθαρή και σχεδόν απεριόριστη ενέργεια. Ωστόσο, η ανάπτυξη αντιδραστήρων πυρηνικής σύντηξης παρουσιάζει σύνθετες τεχνολογικές προκλήσεις, όπως η ανάγκη για υλικά που μπορούν να αντέξουν σε ακραίες θερμοκρασίες και στη διάβρωση των χρησιμοποιούμενων υγρών ψύξης.
Μια ομάδα ερευνητών από το Ινστιτούτο Επιστημών του Τόκιο, σε συνεργασία με το Εθνικό Πανεπιστήμιο της Γιοκοχάμα, την Nippon Nuclear Fuel Development και το Εθνικό Ινστιτούτο Επιστήμης Σύντηξης, έκανε ένα σημαντικό βήμα προς αυτή την κατεύθυνση, δοκιμάζοντας υπερκράματα διασποράς οξειδίων (ODS) σε ροή υγρού μετάλλου στους 600°C, προσομοιώνοντας τις συνθήκες λειτουργίας ενός αντιδραστήρα σύντηξης.
Τα κράματα ODS χαρακτηρίζονται από την παρουσία μικρών διασκορπισμένων σωματιδίων οξειδίου στη δομή τους, τα οποία τους προσδίδουν μεγαλύτερη αντοχή, ολκιμότητα και θερμική αντίσταση από τα συμβατικά κράματα. Αυτές οι ιδιότητες τα καθιστούν ιδανικά για εφαρμογές υψηλών θερμοκρασιών, όπως πτερύγια στροβίλων και εναλλάκτες θερμότητας. Τα κράματα ODS χρησιμοποιήθηκαν επίσης για την επικάλυψη διαστημοπλοίων κατά την επανείσοδο στην ατμόσφαιρα και τώρα διαμορφώνονται ως μια πολλά υποσχόμενη λύση για τους αντιδραστήρες πυρηνικής σύντηξης.
Συγκεκριμένα, οι ερευνητές δοκίμασαν δύο κράματα ODS με βάση το σίδηρο, το χρώμιο και το αλουμίνιο (FeCrAl), τα οποία ονομάστηκαν SP10 και NF12, σε στατικές συνθήκες και συνθήκες ροής στους 600°C, για να προσομοιώσουν τις συνθήκες που επικρατούν στα συστήματα ψύξης των αντιδραστήρων σύντηξης. Τα ψυκτικά μέσα που χρησιμοποιούνται σε αυτούς τους αντιδραστήρες, συνήθως κράματα λιθίου και μολύβδου (LiPb), είναι ιδιαίτερα διαβρωτικά και μπορούν να θέσουν σε κίνδυνο τη δομική ακεραιότητα του αντιδραστήρα.
Μέσω μεταλλουργικής ανάλυσης, ηλεκτρονικής μικροσκοπίας και φασματοσκοπίας, οι ερευνητές μελέτησαν λεπτομερώς τη μικροδομή του προστατευτικού στρώματος οξειδίου που σχηματίζεται στην επιφάνεια των κραμάτων ODS. Διαπίστωσαν ότι το στρώμα οξειδίου του αλουμινίου (Al2O3) είναι αποτελεσματικό στην πρόληψη της αρχικής διάβρωσης, αλλά μετατρέπεται σε οξείδιο του λιθίου και του αλουμινίου (LiAlO2) μετά την αντίδραση με το λίθιο. Ωστόσο, έχει αποδειχθεί ότι και τα μη προ-οξειδωμένα κράματα ODS σχηματίζουν ένα αυτοπροστατευτικό στρώμα υπό αυτές τις συνθήκες.
Αμφότερα τα δύο στρώματα οξειδίου έδειξαν υψηλή αντίσταση στην απολέπιση και ισχυρή πρόσφυση στην επιφάνεια του κράματος, ακόμη και σε συνθήκες υψηλής θερμικής καταπόνησης. Αυτό εξηγεί ο Masatoshi Kondo, αναπληρωτής καθηγητής στο Ινστιτούτο Επιστημών του Τόκιο.
Η ανθεκτικότητα του στρώματος λιθίου και του οξειδίου του αλουμινίου δείχνει ότι αυτά τα κράματα θα μπορούσαν να αντέξουν περισσότερο σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας και υψηλής καταπόνησης. Το στρώμα αυτό χρησιμεύει ως βιώσιμη ασπίδα που συνεχίζει να προστατεύει τα εξαρτήματα του αντιδραστήρα ακόμη και μετά την αρχική φθορά.
Τα αποτελέσματα αυτής της έρευνας θα μπορούσαν να συμβάλουν στην ανάπτυξη ασφαλέστερων και πιο αξιόπιστων αντιδραστήρων σύντηξης, ικανών να λειτουργούν για μεγάλα χρονικά διαστήματα χωρίς να υφίστανται βλάβες από τη διάβρωση.
Για να μείνουμε πάντα στο θέμα, ανάμεσα στα πολλά projects σε διεθνές επίπεδο υπάρχει ένα που βλέπει τη χώρα μας να πρωτοστατεί. Μιλάμε για τον φουτουριστικό αντιδραστήρα ITER, που βρίσκεται υπό κατασκευή, ο οποίος πρόσφατα έφτασε σε ένα σημαντικό ορόσημο χάρη στην ολοκλήρωση του πρώτου από τους πέντε τομείς του δοχείου κενού για τον πειραματικό αντιδραστήρα.
[via]
