Exemplo de fatias de dados de tomografia em corte transversal dos planos xy (superior) e xz (inferior) para a amostra ITER_MB_ROI com uma comparação de resultados de imagem de tomografia de raios-X (esquerda) vs. nêutrons (direita). Crédito:Llion Evans, Swansea University
Aproveitando a fusão nuclear, que alimenta o sol e as estrelas, para ajudar a atender às necessidades de energia da Terra, é um passo adiante depois que os pesquisadores mostraram que o uso de dois tipos de imagem pode ajudá-los a avaliar a segurança e a confiabilidade das peças usadas em um dispositivo de energia de fusão.
Cientistas da Swansea University, Culham Center for Fusion Energy, ITER na França, e o Instituto Max-Planck de Física do Plasma, na Alemanha, emparelhou raios-X e imagens de nêutrons para testar a robustez das peças.
Eles descobriram que ambos os métodos produzem dados valiosos que podem ser usados no desenvolvimento de componentes.
O sol é um exemplo brilhante de fusão em ação. Nos extremos de pressão e temperatura no centro do Sol, os átomos viajam rápido o suficiente para se fundir, liberando grandes quantidades de energia. Por décadas, os cientistas estão procurando maneiras de aproveitar este cofre, fonte de energia sem carbono e virtualmente ilimitada.
Um grande obstáculo são as temperaturas surpreendentes que os componentes dos dispositivos de fusão precisam suportar:até 10 vezes o calor do centro do sol.
Uma das principais abordagens para a fusão, confinamento magnético, requer reatores que têm alguns dos maiores gradientes de temperatura na terra, e potencialmente no universo:plasmas atingindo máximas de 150 milhões ° C e a criopump, que fica a apenas alguns metros de distância, tão baixo quanto -269 ° C.
Três tipos de amostra usados para este trabalho:(esquerda) monobloco de referência ITER (ITER_MB), (centro) Monobloco de conceito de ruptura térmica Culham Center for Fusion Energy (CCFE_MB) e (direita). Crédito:Llion Evans, Swansea University
É fundamental que os pesquisadores possam testar - não destrutivamente - a robustez dos componentes de engenharia que devem funcionar em um ambiente tão extremo.
A equipe de pesquisa se concentrou em um componente crítico, chamado de monobloco, que é um tubo que transporta refrigerante. Esta foi a primeira vez que o novo design de monobloco de tungstênio foi fotografado por tomografia computadorizada. Eles usaram o instrumento de imagem de nêutrons da ISIS Neutron e Muon Source, IMAT.
O Dr. Triestino Minniti, do Conselho de Instalações de Ciência e Tecnologia, disse:
"Cada técnica tinha seus próprios benefícios e desvantagens. A vantagem da imagem de nêutrons sobre a imagem de raios X é que os nêutrons são significativamente mais penetrantes através do tungstênio.
Assim, é possível obter imagens de amostras contendo volumes maiores de tungstênio. A tomografia de nêutrons também nos permite investigar todo o monobloco de forma não destrutiva, eliminando a necessidade de produzir amostras de "região de interesse"
Os pesquisadores deram um passo mais perto de aproveitar a energia de fusão, mostrando como a imagem permite melhores testes de componentes para dispositivos. Crédito:Swansea University
O Dr. Llion Evans, da Swansea University College of Engineering, disse:
“Este trabalho é uma prova de conceito de que ambos os métodos de tomografia podem produzir dados valiosos. No futuro, essas técnicas complementares podem ser utilizadas tanto para o ciclo de pesquisa e desenvolvimento do projeto de componentes de fusão quanto na garantia da qualidade da fabricação”.
A próxima etapa é converter as imagens 3-D produzidas por esta poderosa técnica em simulações de engenharia com resolução em microescala. Esta técnica, conhecido como método de elemento finito baseado em imagem (IBFEM), permite que o desempenho de cada peça seja avaliado individualmente e leve em consideração pequenos desvios do projeto causados pelos processos de fabricação.
A pesquisa foi publicada em Engenharia e Design de Fusão .
