Un nuevo acero avanzado diseñado específicamente para soportar las condiciones extremas dentro de un reactor de energía de fusión se necesita desarrollar más porque las pruebas muestran que se expande bajo altos niveles de radiación. Este hallazgo proviene de una serie de estudios liderados por ingenieros de la Universidad de Michigan (UM).

Kevin Field, profesor de ingeniería nuclear y ciencias radiológicas de la Universidad de Michigan y autor principal senior de la investigación, dijo: "Estos resultados representan la mayor fidelidad en cuanto a la resistencia a la radiación del acero relacionado con la fusión nuclear, y guiarán el desarrollo de aleaciones y la mejora de modelos de efectos de radiación en los próximos años".

La energía de fusión es una fuente de energía que combina átomos ligeros para producir energía, considerada una alternativa más limpia y sostenible que la fisión. Sin embargo, construir un reactor de fusión presenta desafíos de ingeniería enormes; los componentes deben soportar temperaturas de hasta 600°C (1112°F), además de resistir daños por radiación y la producción de helio, de lo contrario, causará hinchazón y deformación del material.

Para resolver este problema, los investigadores han estado desarrollando aceros de ferrita/martensita de baja activación (RAFM) que contienen miles de millones de precipitados nanométricos de carburo de titanio (TiC); estas partículas están diseñadas para capturar el helio producido en las reacciones de fusión e impedir la hinchazón del material. El equipo de la Universidad de Michigan probó específicamente una nueva generación de aleación RAFM: la aleación nanoestructurada fundible #9 (CNA9).

El grupo de investigación adoptó un método innovador, utilizando un acelerador de partículas para bombardear simultáneamente muestras de acero con dos haces de iones: uno causa daño por radiación y el otro introduce helio. Este método simula con mayor precisión las condiciones internas de un reactor de fusión que experimentos previos que probaban estos factores por separado.

Las pruebas indican que los precipitados de carburo de titanio pueden capturar exitosamente el helio a niveles de radiación más bajos, pero comienzan a disolverse a altos niveles de daño (50 a 100 desplazamientos por átomo, o dpa). Una vez que las partículas se disuelven, la aleación pierde la capacidad de capturar helio, lo que resulta en una hinchazón significativa del 2%. Kevin Field dijo: "Los resultados a altas dosis de radiación (>15 dpa) son sorprendentes; esperábamos que los precipitados de carburo de titanio permanecieran estables a la temperatura más alta evaluada, pero no fue así".

Los investigadores afirman que este hallazgo es uno de los resultados de "mayor fidelidad" relacionados con el acero de fusión, proporcionando orientación importante para el desarrollo futuro de aleaciones. El equipo sugiere aumentar la densidad de los precipitados de carburo de titanio 1.000 veces para prevenir la hinchazón de manera más efectiva, y recomienda pruebas adicionales con haces de iones para simular mejor el entorno complejo de un reactor de fusión.

TM Kelsy Green, autor principal de la investigación, enfatizó: "Esta capacidad es crucial para impulsar el descubrimiento y optimización de materiales para el despliegue de la energía de fusión nuclear en el futuro".

Aunque la energía de fusión tiene un potencial enorme —puede utilizar isótopos de hidrógeno del agua de mar y no tiene riesgo de fusión nuclear—, esta tecnología actualmente no es adecuada para plantas de generación de energía a pequeña escala. La escritora Ying Yang resumió: "La disolución de los precipitados de TiC a altas dosis de radiación proporciona una guía valiosa para trabajos futuros de desarrollo, enfatizando la necesidad de precipitados de TiC más estables en el diseño de acero CNA".