Des scientifiques de l'Université nationale de recherche nucléaire MEPhI (Russie) ont clarifié comment le changement de la nanostructure des matériaux pour les futurs réacteurs de fusion énergétique influence leur plasticité, résistance à la chaleur et d'autres propriétés importantes.

Le développement de réacteurs à neutrons rapides et d'un réacteur à fusion efficace sont des projets d'ingénierie nucléaire prometteurs. Le premier permettra de fermer le cycle du combustible nucléaire et de rendre l'industrie électronucléaire plus respectueuse de l'environnement. Ce dernier permettra la création d'un mode de production d'énergie fondamentalement nouveau. Le projet le plus connu conçu pour accélérer l'émergence de réacteurs à fusion producteurs d'énergie est le réacteur expérimental thermonucléaire international (ITER).

Il est difficile de créer de nouveaux dispositifs énergétiques car ils impliquent de créer des conditions extrêmes. Des exigences incroyablement élevées sont imposées aux matériaux pour les nouveaux réacteurs. Exposé à des températures élevées et à des flux de rayonnement à haute énergie, les matériaux existants ont tendance à se dégrader rapidement. Les plus durables d'entre eux peuvent supporter des doses de rayonnement, dans lequel chaque atome est déplacé entre 80 et 90 fois. Ce paramètre devrait être deux fois plus important pour les installations d'énergie thermonucléaire. La résistance aux contraintes des matériaux détermine si un réacteur peut être considéré comme efficace et sûr.

Les chercheurs du MEPhI ont abordé ce problème en utilisant les nanotechnologies. Les aciers ferrite-martensite à base d'alliages Fe-Cr et les aciers renforcés par dispersion d'oxydes sont considérés comme les matériaux les plus prometteurs pour les futures installations énergétiques. Les chercheurs du MEPhI ont démontré expérimentalement comment ces matériaux pouvaient être restructurés au niveau atomique et comment les atomes étaient redistribués, entraînant une augmentation substantielle de la fragilité et une perte de plasticité. La recherche a été publiée dans le Journal des matières nucléaires et le Journal des matières nucléaires et de l'énergie .

Changer la nanostructure d'un matériau peut changer ses propriétés, et en conséquence, réduire considérablement le cycle de vie des zones actives. Dans certains cas, cependant, les scientifiques peuvent sélectionner des changements de nanostructure qui confèrent aux matériaux des propriétés uniques telles qu'une résistance élevée à la chaleur. Lors des expérimentations, Les alliages modèles Fe-Cr et les aciers renforcés par dispersion d'oxyde (ODS) ont été exposés à divers impacts, au cours de laquelle des changements de propriétés à l'échelle nanométrique ont été enregistrés à l'aide de la tomographie par sonde atomique.

Sergueï Rogojkine, chef adjoint du Département de physique des états extrêmes de la matière à l'Institut MEPHi de physique et de technologies nucléaires, ont déclaré avoir analysé l'état nanométrique des matériaux et leur restructuration sous divers impacts :« Nous avons induit un vieillissement thermique et utilisé des faisceaux d'ions métalliques pour établir que leur influence pouvait conduire à la rupture de la nanostructure.

Selon S. Rogojkine, ces recherches pourraient être utilisées pour créer des matériaux pour ITER et pour les futures installations énergétiques. « ITER vise à démontrer l'efficacité du concept de réacteur thermonucléaire. Les exigences sur les matériaux sont élevées à ce stade, mais une installation thermonucléaire de nouvelle génération créera des conditions encore plus extrêmes, des matériaux si fondamentalement nouveaux, y compris ceux que nous étudions actuellement, sont développés précisément pour ces exigences, " il expliqua.