L’Università di Helsinki, rinomato centro di ricerca finlandese all’avanguardia nella fisica dei materiali e nelle scienze applicate, ha condotto una nuova indagine teorica sulle prestazioni dei componenti interni destinati ai futuri impianti energetici. I ricercatori dell’ateneo hanno rilevato che il tungsteno, uno dei metalli più promettenti per rivestire la struttura interna dei reattori a fusione nucleare, rischia di subire danni da radiazione significativamente maggiori rispetto a quanto ipotizzato dai modelli finora utilizzati. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Physical Review Letters.
- I ricercatori dell’Università di Helsinki hanno simulato l’impatto della radiazione sul tungsteno gestendo un miliardo di atomi contemporaneamente.
- La progressione dei difetti nel metallo si è rivelata superlineare prima di stabilizzarsi, smentendo le precedenti teorie.
- I dati raccolti consentiranno di stimare meglio la vita utile dei componenti all’interno dei reattori a fusione.
Come la radiazione altera la struttura del metallo
I reattori a fusione generano energia unendo nuclei atomici leggeri a temperature estremamente elevate, creando un ambiente altamente ostile per i materiali che circondano il plasma. In questo contesto, i neutroni ad alta energia rilasciati dalle reazioni scontrano gli atomi della struttura, scalzandoli dalla loro posizione originale e innescando una reazione a catena di collisioni nota come danno primario da radiazione.
Nel caso del tungsteno, l’analisi ha mostrato che l’aumento dei difetti strutturali segue una progressione da sublineare a superlineare, prima di diventare lineare alle energie più elevate, diversamente da quanto assunto finora.
Modelli di intelligenza artificiale per simulazioni record
L’esplorazione di queste dinamiche è stata resa possibile dall’impiego di avanzati modelli di simulazione basati sull’apprendimento automatico, ottimizzati per funzionare su unità di elaborazione grafica (GPU). Guidato dal ricercatore Jesper Byggmästar, il team di Helsinki è riuscito a simulare il comportamento di un miliardo di atomi contemporaneamente, raggiungendo un traguardo dimensionale senza precedenti nel campo della dinamica molecolare atomistica.
L’approccio utilizzato ha dimostrato la fattibilità tecnica di simulazioni su grandissima scala per rivelare nuovi fenomeni fisici, fornendo al contempo un modello matematico utile per prevedere il degrado dei materiali su archi temporali più estesi.
Implicazioni per la progettazione dei futuri reattori
I risultati ottenuti permetteranno agli ingegneri di comprendere meglio la durata operativa dei componenti in tungsteno e il ritmo con cui essi si deteriorano nel tempo. Gli scienziati intendono ora affinare ulteriormente gli strumenti di calcolo per analizzare campioni ancora più estesi e valutare l’impatto delle microstrutture del materiale, come le dimensioni dei grani e la presenza di elementi in lega, in vista delle future applicazioni pratiche nell’ambito dell’energia da fusione.
Ritenete che lo sviluppo di materiali più resistenti sia il vero snodo cruciale per arrivare alla fusione nucleare commerciale? Esprimete la vostra opinione nei commenti.
