10 ژانویه 2025 -© shutterstock/dr_christian_bay
گروه کاری سازمان انرژی اتمی بریتانیا (UKAEA) با موفقیت تولید فولاد با درجه همجوشی در مقیاس صنعتی را به نمایش گذاشته است.
فولاد درجه ذوب پتانسیل این را دارد که هزینه های تولید را تا حدی کاهش دهد و کارایی نیروگاه های همجوشی آینده را بهبود بخشد.
کنسرسیوم نورون (تابش نوترونی فولادهای پیشرفته) در اولین سال فعالیت خود به اولین موفقیت در بریتانیا دست یافت. این گروه با استفاده از یک کوره قوس الکتریکی هفت تنی (EAF) در موسسه پردازش مواد (MPI) در میدلزبورو، فولاد فریتی-مارتنزیتی کم‌فعال‌شده (RAFM) با درجه همجوشی را با موفقیت در مقیاس صنعتی تولید کرد.
دیوید باودن، سرپرست گروه علوم و مهندسی مواد در UKAEA و سرپرست برنامه NEURONE، توضیح داد: «یکی از چالش‌های اصلی برای تحویل انرژی همجوشی، توسعه مواد ساختاری است که قادر به مقاومت در برابر دماهای شدید (حداقل تا 650 درجه سانتیگراد) و بارهای نوترونی بالا مورد نیاز نیروگاه های همجوشی آینده.
کنسرسیوم NEURONE یک همکاری 12 میلیون پوندی بین بخش مواد UKAEA و شرکای دانشگاهی و صنعتی در سراسر بریتانیا و همچنین شرکای بین‌المللی است که دسترسی به تأسیسات تابش نوترون را فراهم می‌کنند.
NEURONE برای تحقیق، آزمایش و توسعه فولاد با درجه همجوشی برای عملکرد در دماهای بالاتر در مقایسه با همتایان معمولی تاسیس شد.
این کار ظرفیت ماشین‌های همجوشی را برای استخراج گرما، که برای نیرو دادن به توربین‌ها و ایجاد الکتریسیته استفاده می‌شود، به حداکثر می‌رساند و راندمان کلی نیروگاه‌های همجوشی را بهبود می‌بخشد.
دکتر باودن اظهار داشت: “NEURONE قصد دارد انواع پیشرفته فولاد RAFM را تولید کند که قادر به کارکرد تا دمای 650 درجه سانتیگراد – یک هدف کششی، با توجه به فیزیک حالت جامد رفتار مواد تابیده شده است.”
توسعه این نوع فولاد می‌تواند برای صنایع مجاور که به فولادهای ساختاری با مقاومت بالا و دمای بالا مانند شکافت هسته‌ای یا پتروشیمی‌ها نیاز دارند، سودمند باشد.
وی ادامه داد: این برنامه همچنین در نظر دارد یک آلیاژ پیشرفته RAFM بهینه سازی شده با استفاده از کوره قوس الکتریکی در مقیاس چند تنی مشابه با بهترین فولاد RAFM همجوشی توسعه ای اتحادیه اروپا (EUROFER 97) تولید کند.
درجه حرارت بالا و سطوح تشعشع ناشی از بارهای بالای نوترون در نتیجه واکنش همجوشی ایجاد می شود. بنابراین، مصالح ساختاری نقش مهمی در حفظ یکپارچگی نیروگاه همجوشی تحت این شرایط ایفا می‌کنند.
بر اساس فناوری EAF، با تصفیه پیشرفته و پروتکل‌های ترمومکانیکی، فولاد با گرید همجوشی پتانسیل کاهش چشمگیر هزینه‌های تولید را تا ده برابر در مقایسه با همتایان RAFM معمولی، با استفاده از زیرساخت‌های موجود و به آسانی مقیاس‌پذیر در زنجیره تامین دارد.
MPI رهبری آزمایش‌ها را بر عهده داشت، که ساخت، آزمایش و تجزیه و تحلیل فولادهای تخصصی با دمای بالا را در ابتدا در مقیاس آزمایشگاهی امکان‌پذیر کرد و منجر به آزمایش‌هایی در مقیاس صنعتی در EAF آنها شد.
ریچارد بیرلی، سرپرست پروژه NEURONE در MPI گفت: «به عنوان تنها مرکز مستقل تحقیقاتی فولاد بریتانیا که قادر به تولید فولاد RAFM در این مقیاس است، این یک لحظه مهم برای تحقیق و توسعه همجوشی هسته‌ای است.
دکتر باودن افزود: تولید 5.5 تن فولاد همجوشی پایه ای را برای تولید مقرون به صرفه این نوع فولادهای همجوشی برای برنامه های همجوشی تجاری آینده ایجاد می کند.
NEURONE همچنین بیش از 50 نوع مختلف از آلیاژ فولاد فریتی-مارتنزیتی با فعال سازی پیشرفته (ARAFM) را برای تجزیه و تحلیل تولید کرده است.
رویکردهای جدیدی برای تجزیه و تحلیل آسیب به مواد ایجاد شده است، و داده‌هایی در مورد عملکرد ذوب‌های اولیه کوچک مواد در مقیاس آزمایشگاهی جمع‌آوری شده‌اند که بین 100 تا 400 گرم جرم دارند.
فرصت بالقوه ای برای تولیدکنندگان متخصص فولاد بریتانیا وجود دارد که در آینده با فعالیت کنسرسیوم نورون درگیر شوند و جنبه های مختلف تولید فولاد ARAFM مانند آهنگری، نورد و توسعه پارامترهای فرآیند بهینه را در نظر بگیرند.
