Il tungsteno può subire più danni da radiazioni nei reattori a fusione del previsto

Il tungsteno, un materiale chiave utilizzato nella costruzione di componenti di reattori a fusione, può subire danni da radiazioni maggiori di quanto si pensasse in precedenza nelle condizioni estreme riscontrate all'interno di queste centrali elettriche sperimentali. Un nuovo studio condotto da ricercatori dell'Università di Helsinki ha rivelato che il modo in cui gli atomi di tungsteno rispondono alle radiazioni ad alta energia segue un modello unico, portando potenzialmente a un degrado più grave nel tempo.

Il team di ricerca ha condotto ampie simulazioni di dinamica molecolare per tracciare il comportamento degli atomi di tungsteno sottoposti a impatti ionici ad alta energia. Queste simulazioni sono state rese possibili grazie a tecniche avanzate di apprendimento automatico che hanno permesso ai ricercatori di modellare interazioni su una scala senza precedenti, tracciando contemporaneamente il movimento di un miliardo di atomi. Tale potenza computazionale ha permesso loro di osservare modelli dettagliati di spostamento atomico, che in precedenza erano difficili da quantificare con precisione. Nei reattori a fusione, i neutroni ad alta energia vengono prodotti come sottoprodotto del processo di fusione stesso.

Questi neutroni colpiscono i materiali circostanti, spostando gli atomi dalle loro posizioni regolari e avviando una reazione a catena nota come cascata di collisione. Ogni atomo spostato può causare ulteriori interruzioni, portando a cambiamenti strutturali e potenziale guasto del materiale. Comprendere come materiali come il tungsteno gestiscono tali danni è fondamentale per lo sviluppo di progetti di reattori durevoli in grado di resistere a un'esposizione prolungata a radiazioni estreme. Secondo lo studio, la relazione tra l'energia delle particelle in entrata e l'entità del danno che infliggono al tungsteno non segue una progressione lineare.

Invece, i dati suggeriscono che il tasso al quale i difetti si accumulano inizialmente cresce più lentamente del previsto, sublineare, e alla fine si sposta verso una correlazione più rapida e più diretta con l'apporto energetico, superlineare.

Dal punto di vista tecnico, la capacità di simulare miliardi di atomi contemporaneamente rappresenta una svolta nella modellazione computazionale, offrendo approfondimenti sul comportamento dei materiali in condizioni estreme.

Se il tungsteno si degrada più rapidamente del previsto, potrebbe essere necessaria una manutenzione più frequente o scelte di materiali alternativi. I ricercatori stanno già lavorando su modelli di perfezionamento per incorporare queste nuove osservazioni, con l'obiettivo di migliorare l'accuratezza delle previsioni per applicazioni nel mondo reale. Guardando al futuro, il team prevede di espandere il loro lavoro testando questi risultati contro i dati sperimentali da esperimenti di fusione reali. Sperano di convalidare le loro simulazioni e perfezionare ulteriormente i loro modelli, assicurando che i futuri progetti di reattori tengano conto dell'intera gamma di risposte radiologiche del tungsteno.

Fino ad allora, lo studio costituisce un prezioso contributo al crescente corpus di conoscenze che orientano lo sviluppo di soluzioni energetiche nucleari sostenibili.