Ejemplo de cortes de datos de tomografía de sección transversal de los planos xy (superior) y xz (inferior) para la muestra ITER_MB_ROI con una comparación de los resultados de las imágenes de tomografía de rayos X (izquierda) frente a neutrones (derecha). Crédito:Llion Evans, Universidad de Swansea
Aprovechando la fusión nuclear, que alimenta el sol y las estrellas, para ayudar a satisfacer las necesidades energéticas de la tierra, es un paso más después de que los investigadores demostraran que el uso de dos tipos de imágenes puede ayudarlos a evaluar la seguridad y confiabilidad de las piezas utilizadas en un dispositivo de energía de fusión.
Científicos de la Universidad de Swansea, Centro Culham para la energía de fusión, ITER en Francia, y el Instituto Max-Planck de Física del Plasma en Alemania emparejaron imágenes de rayos X y neutrones para probar la robustez de las piezas.
Descubrieron que ambos métodos producen datos valiosos que se pueden utilizar en el desarrollo de componentes.
El sol es un brillante ejemplo de fusión en acción. En los extremos de presión y temperatura en el centro del sol, los átomos viajan lo suficientemente rápido como para fusionarse, liberando grandes cantidades de energía. Por décadas, Los científicos han estado estudiando cómo aprovechar esta caja fuerte, fuente de energía libre de carbono y prácticamente ilimitada.
Un obstáculo importante son las asombrosas temperaturas que los componentes de los dispositivos de fusión deben soportar:hasta 10 veces el calor del centro del sol.
Uno de los principales enfoques de la fusión, confinamiento magnético, requiere reactores que tienen algunos de los gradientes de temperatura más grandes de la tierra, y potencialmente en el universo:plasmas que alcanzan máximos de 150 millones de ° C y la criobomba, que está a solo metros de distancia, tan bajo como -269 ° C.
Tres tipos de muestra utilizados para este trabajo:(izquierda) monobloque de referencia ITER (ITER_MB), (centro) Monobloque del concepto de rotura térmica del Culham Center for Fusion Energy (CCFE_MB) y (derecha). Crédito:Llion Evans, Universidad de Swansea
Es fundamental que los investigadores puedan probar, de forma no destructiva, la solidez de los componentes de ingeniería que deben funcionar en un entorno tan extremo.
El equipo de investigación se centró en un componente crítico, llamado monobloque, que es una tubería que lleva refrigerante. Esta fue la primera vez que se obtuvieron imágenes del nuevo diseño de monobloque de tungsteno mediante tomografía computarizada. Utilizaron el instrumento de imágenes de neutrones de ISIS Neutron y Muon Source, ESTOY EN.
El Dr. Triestino Minniti del Consejo de Instalaciones de Ciencia y Tecnología dijo:
“Cada técnica tiene sus propios beneficios e inconvenientes. La ventaja de la imagen de neutrones sobre la imagen de rayos X es que los neutrones penetran significativamente más a través del tungsteno.
Por lo tanto, es factible obtener imágenes de muestras que contengan grandes volúmenes de tungsteno. La tomografía de neutrones también nos permite investigar el monobloque completo de forma no destructiva, eliminando la necesidad de producir "muestras de regiones de interés"
Los investigadores se han acercado un paso más al aprovechamiento de la energía de fusión al mostrar cómo las imágenes permiten una mejor prueba de los componentes de los dispositivos. Crédito:Universidad de Swansea
El Dr. Llion Evans de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Swansea dijo:
"Este trabajo es una prueba de concepto de que ambos métodos de tomografía pueden producir datos valiosos. En el futuro, estas técnicas complementarias se pueden utilizar para el ciclo de investigación y desarrollo del diseño de componentes de fusión o para garantizar la calidad de la fabricación".
El siguiente paso es convertir las imágenes tridimensionales producidas por esta poderosa técnica en simulaciones de ingeniería con resolución a microescala. Esta tecnica, conocido como método de elementos finitos basado en imágenes (IBFEM), permite evaluar individualmente el rendimiento de cada pieza y tener en cuenta las pequeñas desviaciones del diseño causadas por los procesos de fabricación.
La investigación fue publicada en Ingeniería y diseño de fusión .
