Des Scientifiques Russes Utilisent la Technologie d’Impression 3D pour la Production de Matériaux de Réacteurs Thermonucléaires

Les scientifiques russes ont fait d'importants progrès dans la production de matériaux pour les réacteurs thermonucléaires. Les experts de NUST MISIS ont coopéré avec ceux de JSC NIIEFA pour développer une nouvelle technologie spécifiquement destinée à la production de matériaux de composants critiques faisant face au plasma dans les réacteurs thermonucléaires. Ces composants fonctionnent dans des environnements extrêmes, résistent à des conditions difficiles telles que des températures élevées et l'exposition aux isotopes de l'hydrogène, et nécessitent des propriétés de matériau extrêmement élevées.
La nouvelle technologie combine la fabrication additive (impression 3D) avec des méthodes classiques pour fabriquer avec succès des composites bimétalliques de tungstène et de cuivre aux propriétés améliorées. À l'aide de la fusion sélective au laser, une méthode d'impression 3D métal, les scientifiques créent d'abord une structure poreuse de tungstène, puis injectent du cuivre dans un moule à haute température pour former un matériau composite. Ce composite combine le point de fusion élevé du tungstène avec les autres excellentes propriétés du cuivre pour surpasser de loin les matériaux similaires actuellement utilisés.
Après optimisation, les scientifiques ont réussi à obtenir un échantillon composite solide avec une densité relative de 96,7%, ce qui a considérablement amélioré la ductilité et aucune fracture n'est observée à 35% de déformation, ce qui est essentiel pour la production de composants orientés plasma. Les composants orientés plasma sont souvent fabriqués dans une variété de matériaux, ce qui rend difficile la connexion fiable. La nouvelle technologie permet de fabriquer des composites de tungstène et de cuivre, en optimisant les avantages de chaque matériau et en obtenant une structure interne spéciale.
À l'avenir, les scientifiques prévoient de continuer à utiliser l'impression 3D pour produire des prototypes de composants orientés plasma et d'effectuer des tests de cycle de charge thermique pour simuler les effets de conditions de fonctionnement réelles proches de celles des dispositifs thermonucléaires. Dans le même temps, ils optimiseront la technologie pour réduire davantage la porosité du matériau et approfondir les propriétés fonctionnelles du matériau dans des environnements thermiques et plasmatiques.
Bien que l'application pratique de la technologie de fusion thermonucléaire prenne des décennies à venir, les principaux pays d'exploration spatiale du monde la développent activement. Si la Russie veut rester compétitive dans ce domaine, elle doit continuer à promouvoir la recherche dans ce domaine. Pour l'énergie domestique, la fusion thermonucléaire doit être économique, mais il y a encore un degré élevé d'incertitude dans les prévisions actuelles. Cependant, en tant que source importante d'énergie à faible émission de carbone, la recherche sur la fusion thermonucléaire reste d'une grande importance et se poursuivra. La technologie d'impression 3D et la recherche et le développement de réacteurs nucléaires continueront de jouer un rôle clé dans ce processus.