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Lavoro innovativo dei fisici di Mosca sui materiali per reattori termonucleari del futuro

© flickr.com / lee vickersReattore nucleare
Reattore nucleare - Sputnik Italia
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I ricercatori dell'Università Nazionale di Ricerche Nucleari di Mosca (NRNU MEPhI) hanno chiarito come il cambiamento della nanostruttura dei materiali per i reattori energetici del futuro influenzi la loro duttilità, la resistenza al calore ed altre proprietà importanti.

Oggi alcune delle aree più di prospettiva dell'energia nucleare sono lo sviluppo di nuovi reattori a neutroni veloci e la creazione di un reattore a fusione. La prima permetterà di chiudere il ciclo del combustibile nucleare e rendere questo tipo sfruttamento di energia più rispettoso dell'ambiente. Se si otterrà successo nella seconda area, allora in futuro sarà possibile in linea di principio produrre energia in un modo assolutamente nuovo. Il progetto più famoso nato per rendere più concreta l'apparizione di un reattore a fusione si chiama ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor).

Una difficoltà nel creare questo nuovo tipo di reattori è che tutti presuppongono la presenza di condizioni estreme nella zona dove viene prodotta l'energia. Pertanto, i materiali da utilizzare nelle zone attive dei nuovi reattori devono soddisfare standard estremamente rigidi.

Con l'esposizione a temperature elevate e al flusso di radiazione ad alta energia, i materiali moderni degradano rapidamente. La maggior parte di essi possono sopportare concentrazioni di radiazione per cui ogni atomo nella materia si fonde 80-90 volte. Per gli impianti termonucleari questo parametro deve essere più del doppio. Questa resistenza dei materiali nella zona di produzione dell'energia determina l'efficienza e la sicurezza dello stesso reattore nucleare.

I ricercatori dell'Università Nazionale di Ricerche Nucleari di Mosca (NRNU MEPhI) pensano che sia possibile risolvere questo problema tramite le nanotecnologie. Per le centrali del futuro sono considerati di prospettiva gli acciai ferritici-martensitici sulla base di leghe di Ferro e Cromo e ossidi in acciaio rinforzati. Nei loro lavori i ricercatori sono riusciti a dimostrare sperimentalmente i meccanismi di ristrutturazione in scala atomica di questi materiali e a mostrare come la ridistribuzione degli atomi influisca nella loro fragilità e perdita di plasticità. I risultati di queste ricerche sono stati pubblicati in riviste di settori importanti come Journal of Nuclear Materials e Journal of Nuclear Materials and Energy.

E' noto che il cambiamento della nanostruttura può modificare sulla qualità le proprietà di un materiale. Di conseguenza può ridurre significativamente il tempo di lavoro nelle zone attive di produzione dell'energia. In alcuni casi, al contrario, i ricercatori sono riuscite ad identificare i cambiamenti nanostrutturali che estendono significativamente le capacità dei materiali e garantiscono proprietà uniche, tra cui una grande resistenza al calore.

Nei loro esperimenti i fisici hanno esercitato diverse azioni sulle leghe di Ferro e Cromo e sugli ossidi in acciaio e con l'aiuto di una tomografia a sonda fissa hanno registrato le proprietà dei materiali su scala nanometrica.

"Nelle nostre ricerche abbiamo condotto un'analisi dello stato dei materiali su scala nanometrica e della loro ristrutturazione a seconda di varie azioni esterne. Abbiamo realizzato l'invecchiamento termico e successivamente, utilizzando fasci di ioni metallici, abbiamo scoperto che il suo effetto può portare ad un affinamento della nanostruttura,"

— ha raccontato a Sputnik il vice direttore del Dipartimento di Fisica dei Materiali dell'Istituto di Fisica e Tecnologia Nucleare dell'Università di Fisica Nucleare di Mosca Sergey Rogozhkin.

Secondo lo scienziato, i risultati della ricerca possono essere utilizzati per la creazione di materiali per i reattori ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), e per gli impianti energetici del futuro.

"L'obiettivo dell'ITER è dimostrare l'efficacia del concetto di reattore a fusione. Le esigenze richieste ai materiali sono molto rigide, ma i reattori termonucleari di prossima generazione creeranno condizioni ancora più estreme, per cui, di fatto, si sviluppano nuovi materiali, compresi quelli che ora studiamo," — ha chiarito l'esperto.

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