Un matériau tungstène-cuivre résistant à 800°C pour améliorer l’efficacité des réacteurs nucléaires.
Des scientifiques des institutions russes MISIS et NIIEFA ont développé un nouveau matériau composite destiné à révolutionner l’efficacité des réacteurs de fusion nucléaire. Ce matériau, alliant tungstène et cuivre, est conçu pour faire face aux températures extrêmes rencontrées dans le prototype du réacteur à fusion nucléaire TRT en Russie.
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Un nouvel alliage idéal pour les environnements extrêmes comme les réacteurs nucléaires
Le tungstène est un métal privilégié dans la construction des tokamaks en raison de son point de fusion exceptionnellement élevé, lui permettant de résister aux températures extrêmes générées dans un réacteur de fusion. Il offre également une résistance supérieure à l’érosion causée par le plasma intense et retient peu les isotopes d’hydrogène, un avantage crucial pour maintenir l’efficacité de la réaction de fusion.
Défis et innovations dans l’utilisation du tungstène
Cependant, la fragilité inhérente du tungstène et son incompatibilité avec d’autres métaux, due à des coefficients de dilatation thermique linéaire différents, ont représenté des défis pour son utilisation dans les composants dissipant la chaleur. Pour surmonter ces obstacles, l’équipe de recherche a adopté une approche novatrice utilisant la fabrication additive hybride. Cette technique consiste à créer une matrice de tungstène poreuse sur un substrat de tungstène solide, puis à l’infuser de cuivre par une méthode d’infiltration sous vide. “Cette méthode permet de synthétiser une pièce à partir de poudre métallique couche par couche, contrôlant ses propriétés pour une tâche spécifique grâce à la possibilité d’optimiser la structure géométrique”, explique Rosatom.
Performances impressionnantes du composite tungstène-cuivre
Le composite tungstène-cuivre résultant affiche des caractéristiques thermophysiques et mécaniques comparables à celles obtenues par des méthodes traditionnelles. Cependant, la technologie additive hybride permet une dissipation de la chaleur plus efficace et une résistance accrue au cyclage thermique grâce à la conception unique du composite. Les échantillons du nouveau matériau ont été soumis à des tests mécaniques, à des analyses de conductivité thermique par méthode de flash laser et à des études microscopiques, et ont démontré de bonnes performances. L’équipe de recherche a atteint une densité relative élevée de 96,7 % dans les échantillons de tungstène solide grâce à la synthèse laser.
Implications pour la conception des réacteurs de fusion
Cette avancée a des implications très significatives pour le développement des réacteurs de fusion nucléaire. “À l’avenir, nous prévoyons de passer à la production de nouveaux prototypes et de mener des tests cycliques en charge thermique. Ces tests simuleront des conditions proches des environnements réels d’exploitation des futurs réacteurs à fusion nucléaire”, conclut Stanislav Chernyshikhin, chef de laboratoire à l’Université de Moscou MISIS.
Cette innovation marque une étape importante dans la quête de matériaux capables de résister aux conditions extrêmes des réacteurs de fusion, ouvrant la voie à des designs plus efficaces et durables pour l’avenir de l’énergie nucléaire.
Source : MISIS
