Exemple de tranches de données de tomographie transversale des plans xy (haut) et xz (bas) pour l'échantillon ITER_MB_ROI avec une comparaison des résultats d'imagerie de tomographie aux rayons X (à gauche) et à neutrons (à droite). Crédit :Llion Evans, Université de Swansea
Exploiter la fusion nucléaire, qui alimente le soleil et les étoiles, pour aider à répondre aux besoins énergétiques de la Terre, est un pas de plus après que les chercheurs ont montré que l'utilisation de deux types d'imagerie peut les aider à évaluer la sécurité et la fiabilité des pièces utilisées dans un dispositif d'énergie de fusion.
Des scientifiques de l'Université de Swansea, Centre Culham pour l'énergie de fusion, ITER en France, et l'Institut Max-Planck de physique des plasmas en Allemagne a associé l'imagerie aux rayons X et aux neutrons pour tester la robustesse des pièces.
Ils ont découvert que les deux méthodes fournissent des données précieuses qui peuvent être utilisées dans le développement de composants.
Le soleil est un brillant exemple de fusion en action. Dans les extrêmes de pression et de température au centre du soleil, les atomes voyagent assez vite pour fusionner, libérant de grandes quantités d'énergie. Depuis des décennies, les scientifiques ont cherché comment exploiter ce coffre-fort, source d'énergie sans carbone et pratiquement illimitée.
L'un des obstacles majeurs réside dans les températures vertigineuses auxquelles les composants des dispositifs de fusion doivent résister :jusqu'à 10 fois la chaleur du centre du soleil.
L'une des principales approches de la fusion, confinement magnétique, nécessite des réacteurs qui ont certains des plus grands gradients de température sur terre, et potentiellement dans l'univers :des plasmas atteignant des sommets de 150 millions de °C et la cryopompe, qui n'est qu'à quelques mètres, aussi bas que -269 °C.
Trois types d'échantillons utilisés pour ce travail :(à gauche) monobloc de référence ITER (ITER_MB), (au centre) Culham Center for Fusion Energy concept de rupture de pont thermique monobloc (CCFE_MB) et (à droite). Crédit :Llion Evans, Université de Swansea
Il est essentiel que les chercheurs puissent tester, de manière non destructive, la robustesse des composants d'ingénierie qui doivent fonctionner dans un environnement aussi extrême.
L'équipe de recherche s'est concentrée sur un élément essentiel, appelé monobloc, qui est un tuyau transportant du liquide de refroidissement. C'était la première fois que le nouveau design monobloc en tungstène était imagé par tomodensitométrie. Ils ont utilisé l'instrument d'imagerie neutronique d'ISIS Neutron et Muon Source, JE SUIS À.
Le Dr Triestino Minniti du Science and Technology Facilities Council a déclaré :
"Chaque technique avait ses propres avantages et inconvénients. L'avantage de l'imagerie neutronique par rapport à l'imagerie aux rayons X est que les neutrons pénètrent beaucoup plus à travers le tungstène.
Ainsi, il est possible d'imager des échantillons contenant de plus grands volumes de tungstène. La tomographie neutronique nous permet également d'étudier le monobloc complet de manière non destructive, éliminant le besoin de produire des échantillons de « région d'intérêt » »
Les chercheurs ont fait un pas de plus vers l'exploitation de l'énergie de fusion en montrant comment l'imagerie permet de mieux tester les composants des appareils. Crédit :Université de Swansea
Le Dr Llion Evans du Swansea University College of Engineering a déclaré :
« Ce travail est une preuve de concept que ces deux méthodes de tomographie peuvent produire des données précieuses. À l'avenir, ces techniques complémentaires pourront être utilisées soit pour le cycle de recherche et développement de la conception de composants de fusion, soit pour l'assurance qualité de la fabrication ».
L'étape suivante consiste à convertir les images 3D produites par cette technique puissante en simulations d'ingénierie avec une résolution à micro-échelle. Cette technique, connue sous le nom de méthode des éléments finis basée sur l'image (IBFEM), permet d'évaluer individuellement les performances de chaque pièce et de tenir compte des écarts mineurs de conception causés par les processus de fabrication.
La recherche a été publiée dans Ingénierie et conception de fusion .
