Equipe desenvolve liga para aumentar a energia de fusão

13 de junho de 2023

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pelo Laboratório Nacional de Los Alamos

Uma liga à base de tungstênio recém-desenvolvida que funciona bem em ambientes extremos semelhantes aos dos protótipos de reatores de fusão pode ajudar a aproveitar a energia de fusão.

"A nova liga mostra resistência promissora à irradiação e estabilidade sob altas temperaturas e ambientes de irradiação extrema usados ​​para representar um ambiente de reator de fusão", disse Osman El Atwani, cientista da equipe do Laboratório Nacional de Los Alamos.

"O desenvolvimento desta liga, e o acordo entre modelagem e experimentação que ela representa, aponta o caminho para o desenvolvimento de outras ligas úteis, um passo essencial para tornar a geração de energia de fusão mais robusta, econômica, economicamente previsível e atraente para os investidores ."

À medida que os conceitos de energia de fusão se aproximam do mundo real, é imperativo resolver o desafio dos materiais. Os resultados encorajadores indicam que um paradigma de design, conforme descrito por El Atwani e seus colaboradores, e ligas de alta entropia podem estar prontos para desempenhar o seu papel no aproveitamento da promessa da fusão.

El Atwani foi o investigador principal do projeto, que envolveu diversas instituições nacionais e internacionais. Seus resultados foram publicados em maio na Nature Communications.

A produção de energia limpa através da fusão requer materiais que possam suportar as condições adversas – altas temperaturas, irradiação (exposição à radiação de neutrões de alta energia e fluxos de partículas de hélio) e stress – associadas a reações de fusão que queimam mais quente que o sol.

El Atwani e seus colaboradores desenvolveram uma liga nanocristalina de alta entropia – uma liga feita de cinco ou mais elementos, com uma forma cristalina em nível nanoescala (atômico). O tungstênio, um elemento de escolha há muito estudado para componentes voltados para plasma, é o principal elemento da liga.

Infelizmente, os materiais atuais de tungstênio são limitados em sua viabilidade como componentes voltados para o plasma porque o material se degrada e se deforma sob condições de fusão. Para desenvolver materiais mais adequados para fusão, a equipe de pesquisa utilizou cálculos de propriedades termofísicas, métodos computacionais avançados e simulações realizadas em várias instituições, incluindo Los Alamos, a Autoridade de Energia Atômica do Reino Unido, a Universidade Clemson e a Universidade de Varsóvia.

Em última análise, o elemento háfnio foi escolhido para a mistura de ligas com base no desempenho previsto pela modelagem e simulações.

Depois de fabricar filmes da liga no Centro de Nanotecnologias Integradas de Los Alamos, uma versão do material foi irradiada no Laboratório Nacional de Argonne. Outra versão foi irradiada no Laboratório de Materiais de Feixe de Íons em Los Alamos. Técnicas avançadas, incluindo microscopia eletrônica de transmissão in-situ, mostram que a liga resistiu bem nessas duras condições experimentais, que reproduzem um protótipo de energia nuclear de fusão.