核融合重大突破！工程師揭開反應爐焊接結構的隱藏弱點

在全球積極建造首座商業核融合發電廠之際，薩裡大學的工程團隊取得重大進展，成功破解焊接元件在融合反應爐極端環境下的效能表現。這項突破性發現將為未來打造更安全、更持久的核融合能源系統提供關鍵見解。

研究團隊與英國原子能管理局、國家物理實驗室及科學儀器公司TESCAN合作，開發出創新的顯微技術，能夠精準偵測金屬焊接處的潛在缺陷。這些在製造過程中形成的內部瑕疵，可能嚴重影響反應爐元件的結構完整性與使用壽命。

發表於《材料研究與技術期刊》的研究成果聚焦在P91鋼材——一種高強度耐熱合金，被視為未來核融合反應爐的理想材料。透過等離子聚焦離子束與數位影像相關技術(PFIB-DIC)，團隊成功繪製出極窄焊接區域的殘餘應力分佈圖，這些區域過去因過於微小而難以用傳統工具分析。

研究顯示，內部應力對P91鋼材效能影響顯著：有益應力使部分割槽域硬化，有害應力則導致其他區域軟化，進而改變金屬的彎曲與斷裂特性。在核融合反應爐預期的550°C高溫環境下，材料脆性增加，強度更驟降超過30%。

主導研究的薩裡大學材料工程副教授譚穗博士指出：「核融合能源作為清潔可靠的能源來源極具潛力，能協助我們減少碳排、提升能源安全並降低能源成本。但首要之務是確保反應爐的安全與耐用性。」

這項研究突破傳統，首度能在真實核融合環境下測試焊接接頭的效能表現。相較於過往僅能在較低溫度進行的研究，新方法獲得的資料更能反映實際運作條件，對未來反應爐設計與安全評估具有更高參考價值。

核融合能源——驅動太陽與恆星的過程——透過輕原子核結合釋放巨大能量。相較傳統核能，其使用材料與產生的放射性廢棄物半衰期更短，危險性大幅降低。

研究資料不僅具有學術價值，更能驗證有限元素模擬與機器學習預測工具的準確性，這些技術對加速英國STEP計畫與歐盟DEMO電廠等核融合專案設計至關重要。此舉將幫助研究人員最佳化預測模型，聚焦最佳材料方案，大幅降低實驗成本。

主要作者、薩裡大學工程材料中心研究員朱彬博士強調：「我們的研究為評估核融合反應爐焊接接頭結構完整性建立新標準。這套方法學革新了殘餘應力評估方式，可應用於多種金屬接合技術，是設計更安全、更強韌核能元件的重大進展。」

隨著核融合商業化程序加速，這項研究將在推動關鍵技術發展上扮演要角，讓我們距離實現大規模安全低碳供電的目標更近一步。TESCAN公司FIB-SEM產品經理Jiří Dluhoš也表示：「很榮幸我們的儀器能參與這項能源材料研究的關鍵課題，與薩裡大學長期合作開發的自動化顯微殘餘應力量測技術，證實等離子FIB-SEM在微米級精密加工領域的卓越效能。」