Использование ядерного синтеза, который питает солнце и звезды, для удовлетворения потребностей Земли в энергии, стало на шаг ближе после того, как исследователи показали, что использование двух типов изображений может помочь им оценить безопасность и надежность деталей, используемых в устройстве термоядерной энергии.

На фото: Пример срезов данных томографии поперечного сечения из плоскостей xy (вверху) и xz (внизу) для образца ITER_MB_ROI со сравнением результатов рентгеновской (слева) и нейтронной (справа) томографии. Фото: Ллион Эванс, Университет Суонси.

Ученые из Университета Суонси, Центра термоядерной энергии Culham, ITER во Франции и Института физики плазмы им. Макса Планка в Германии создали пару рентгеновских и нейтронных изображений для проверки прочности деталей.

Они обнаружили, что оба метода дают ценные данные, которые можно использовать при разработке компонентов.

Солнце — яркий пример слияния в действии. В крайних значениях давления и температуры в центре Солнца атомы движутся достаточно быстро, чтобы слиться воедино, высвобождая огромное количество энергии. В течение десятилетий ученые искали, как использовать этот безопасный, безуглеродный и практически безграничный источник энергии.

Одним из основных препятствий является ошеломляющая температура, которую должны выдерживать компоненты в термоядерных устройствах: до 10 раз больше тепла центра Солнца.

Один из основных подходов к термоядерному синтезу, магнитное удержание, требует реакторов, которые имеют одни из самых больших температурных градиентов на Земле и, возможно, во Вселенной: плазмы, достигающие максимума 150 миллионов °C, и криогенный насос, который находится всего в нескольких метрах от него, так же низко как -269 ° С.

эталонный моноблок ITER

Для этой работы использовались три типа образцов: (слева) эталонный моноблок ITER (ITER_MB), (в центре) концептуальный моноблок Culham Center for Fusion Energy (CCFE_MB) и (справа). Фото: Ллион Эванс, Университет Суонси.

Очень важно, чтобы исследователи могли — не разрушительно — проверить надежность инженерных компонентов, которые должны функционировать в такой экстремальной среде.

Исследовательская группа сосредоточилась на одном критическом компоненте, называемом моноблоком, который представляет собой трубу, несущую охлаждающую жидкость. Это был первый случай, когда новый вольфрамовый моноблок был представлен с помощью компьютерной томографии. Они использовали ISIS Neutron и прибор нейтронной визуализации Muon Source IMAT.

Доктор Триестино Миннити из Совета по науке и технологиям сказал:

«У каждой техники были свои преимущества и недостатки. Преимущество нейтронной визуализации перед рентгеновской визуализацией заключается в том, что нейтроны значительно более проникают через вольфрам.

Таким образом, выполнимо изображение образцов, содержащих большие объемы вольфрама. Нейтронная томография также позволяет нам неразрушающе исследовать полный моноблок, избавляя от необходимости производить образцы «области интереса».

Исследователи продвинулись еще на шаг ближе к использованию энергии синтеза

Исследователи продвинулись еще на шаг ближе к использованию энергии синтеза, показав, как визуализация позволяет лучше тестировать компоненты для устройств. Фото: Университет Суонси.

Доктор Ллион Эванс из Инженерного колледжа университета Суонси сказал:

«Эта работа является подтверждением концепции того, что оба метода томографии могут дать ценные данные. В будущем эти дополнительные методы могут быть использованы либо для цикла исследований и разработок проектирования термоядерных компонентов, либо для обеспечения качества производства».

Следующим шагом является преобразование трехмерных изображений, полученных с помощью этого мощного метода, в инженерное моделирование с микромасштабным разрешением. Этот метод, известный как метод конечных элементов на основе изображений (IBFEM), позволяет оценивать производительность каждой детали в отдельности и учитывать незначительные отклонения от конструкции, вызванные производственными процессами.

Исследование было опубликовано в Fusion Engineering и Design.

По материалам phys.org