Per la fusione nucleare non bastano delle semplici leghe metalliche: servono anzi delle superleghe, in grado di reggere alle temperature estreme di un reattore. Infatti un team di ricercatori giapponesi ha testato recentemente delle particolari leghe metalliche che, stando ai primi risultati, potrebbero far funzionare un reattore per periodi prolungati senza subire danni.
Fusione nucleare e la necessità di materiali super resistenti
Per quanto la tecnologia della fusione nucleare sia promettente da un punto di vista energetico, essa è comunque molto “onerosa” in fatto di materiali. Per sviluppare un reattore servono infatti delle leghe metalliche avanzate che possano resistere alle temperature estreme e agli ambienti corrosivi generati da refrigeranti come il litio e la lega litio-piombo (LiPb).
Questi refrigeranti, fondamentali per estrarre calore e produrre il trizio alla base della fusione nucleare, possono però compromettere l’integrità dei materiali strutturali a causa della loro elevata corrosività.
Per risolvere questo problema, i ricercatori dell’Institute of Science di Tokyo (in collaborazione con l’Università Nazionale di Yokohama, la Nippon Nuclear Fuel Development e l’Istituto Nazionale per la Scienza della Fusione) hanno testato recentemente delle superleghe a dispersione di ossidi (ODS) per vedere come reagivano alle temperature estreme di un reattore a fusione nucleare.
Cosa sono le superleghe ODS
Facciamo una breve premessa. Le superleghe ODS sono dei materiali composti da particolari particelle di ossido che, grazie alla formazione di uno strato protettivo di ossido come l’α-Al2O3, rendono queste leghe particolarmente resistenti a temperature e condizioni estreme.
Parliamo di materiali che potrebbero essere impiegati non solo nei reattori a fusione nucleare, ma anche nei sistemi di energia solare concentrata. O addirittura nel rivestimento dei veicoli spaziali durante il rientro nell’atmosfera, come precisa il sito di informazione HD Blog.
I risultati dei test
Per questi test, i ricercatori hanno impiegato due superleghe ODS a base di ferro, cromo e alluminio (FeCrAl), che sono state testate a condizioni statiche e di flusso a 600°C (per la precisione 873 gradi Kelvin), le stesse presenti nei sistemi di raffreddamento dei reattori a fusione.
Come raccontato nello studio pubblicato sulla rivista scientifica Corrosion Science, i ricercatori hanno scoperto che lo strato di α-Al2O3 preformato può inizialmente prevenire la corrosione, ma si trasforma parzialmente in α-/γ-LiAlO2 a causa dell’assorbimento del litio.
Sorprendentemente, anche in assenza di ossidazione preliminare, le superleghe hanno formato autonomamente uno strato di γ-LiAlO2, che si è dimostrato un’efficace barriera protettiva, anche in caso di stress termico elevato.
In conclusione, come racconta Masatoshi Kondo (professore associato presso l’Institute of Science di Tokyo, nonché a capo del progetto):
“La durata dello strato di ossido di litio e alluminio dimostra che queste leghe potrebbero durare più a lungo in ambienti ad alta temperatura e ad alto stress. Questo strato funge da scudo sostenibile che continua a proteggere i componenti del reattore anche dopo l’usura iniziale”.
