突破性技術！工程師找到延長核融合電廠壽命的關鍵

在全球競相建造首座商業核融合電廠之際，英國薩裡大學的工程團隊取得重大突破。他們深入研究了焊接元件在反應爐極端環境下的表現，這項發現將為設計更安全、更耐用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，以及全球知名科學儀器供應商TESCAN合作，開發出一種先進的顯微技術。這項技術能夠偵測製造過程中殘留在焊接金屬內部的潛在缺陷，這些缺陷可能影響反應爐元件的效能並縮短使用壽命。

這項發表於《材料研究與技術期刊》的研究，詳細分析了未來核融合電廠的候選材料——P91高強度耐熱鋼。研究人員運用等離子聚焦離子束結合數位影像相關技術(PFIB-DIC)，成功繪製出超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方法研究。

研究結果顯示，內部應力對P91鋼的效能有顯著影響：有益的應力會使某些區域變得更堅硬，而有害的應力則會軟化其他區域，進而影響金屬的彎曲和斷裂特性。在核融合反應爐預期的550°C高溫下，這種金屬會變得更加脆弱，強度損失超過30%。

主導這項研究的薩裡大學材料工程副教授譚穗博士表示：「核融合能源作為清潔可靠的能源來源，具有巨大潛力，能幫助我們減少碳排放、提升能源安全並降低能源成本。但我們首先必須確保核融合反應爐的安全性和耐用性。」

譚博士補充：「過去的研究多著重於材料在較低溫度的表現，而我們開發的方法能測試焊接接頭在真實核融合反應爐條件下的行為，特別是針對高溫環境。這些發現更能代表嚴苛的核融合環境，對未來反應爐設計和安全評估極具參考價值。」

核融合能源是太陽和恆星的動力來源，透過輕原子核結合釋放巨大能量。與傳統核能相比，核融合使用的材料及其產生的放射性廢棄物半衰期更短，危險性也大幅降低。

這項研究不僅具有學術價值，其資料更能用來驗證有限元素模擬模型和機器學習預測工具，這些技術對加速英國STEP計畫和歐盟DEMO電廠計畫等核融合反應爐設計至關重要。這將幫助研究人員最佳化預測模型，專注於最有前景的材料選擇，大幅降低實驗成本。

研究主要作者、薩裡大學工程材料中心研究員朱彬博士指出：「我們的工作為評估核融合反應爐焊接接頭的結構完整性提供了藍圖。這套方法改變了我們評估殘餘應力的方式，可應用於多種金屬接頭，是設計更安全、更具韌性核能元件的重大進展。」

隨著核融合能源商業化的腳步逼近，這項研究將在推動相關技術發展上扮演關鍵角色，讓我們距離大規模提供安全低碳電力的目標更近一步。

TESCAN公司FIB-SEM產品經理Jiří Dluhoš表示：「我們很榮幸公司的FIB-SEM儀器能參與這項能源產業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測量技術，證實了等離子FIB-SEM在微米級高精度加工上的卓越表現。」

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