Οι αντιδραστήρες σύντηξης χρειάζονται σούπερ χάλυβα

Πηγή: BBC, 11 Σεπτεμβρίου 2008

Επιστήμονες λένε ότι αν κατανοήσουν πως κατέρρευσαν οι Δίδυμοι Πύργοι αυτό θα τους βοηθήσει να αναπτύξουν τα υλικά που απαιτούνται για την κατασκευή ασφαλών αντιδραστήρων σύντηξης.

Μια νέα έρευνα δείχνει τον τρόπο που ο χάλυβας εξασθενίζει σε υψηλές θερμοκρασίες, λόγω των μαγνητικών ιδιοτήτων του μετάλλου.

Οι Δίδυμοι Πύργοι της Νέας Υόρκης κατέρρευσαν όταν η χαλύβδινη ραχοκοκαλιά που τους στήριζε, έχασε την αντοχή της στις πυρκαγιές που ακολούθησαν όταν έπεσαν πάνω τους τα αεροπλάνα.

Ο Sergei Dudarev, κύριος επιστήμονας στην Βρετανική Επιτροπή Ατομικής Ενέργειας (UKAEA), ανέφερε ότι μία από τις πρώτες εφαρμογές των βελτιωμένων μορφών του χάλυβα θα είναι η επένδυση των τοίχων στους αντιδραστήρες σύντηξης, όπου οι θερμοκρασίες θα είναι σε παρόμοια κλίμακα με εκείνες της πυρκαγιάς στους Δίδυμους Πύργους.

Το κλειδί γι αυτή τη βελτίωση είναι η εκ των προτέρων κατανόηση ότι, σε υψηλές θερμοκρασίες, οι μικρές ανωμαλίες που βρίσκονται σε μια δομή του χάλυβα μπορεί να διαταράξουν τα εσωτερικά του μαγνητικά πεδία, οπότε το άκαμπτα μέταλλο γίνεται μαλακό.

"Οι χάλυβες λιώνουν σε περίπου 1.150 ^οC, αλλά χάνουν την αντοχή τους σε πολύ χαμηλότερες θερμοκρασίες," εξηγεί ο Δρ Sergei Dudarev.

Δεξιά: Τα άτομα του σιδήρου στο χάλυβα: Μαύρες μπάλες δείχνουν ανωμαλίες που διαταράσσουν τα μαγνητικά πεδία, και την αποδυνάμωση του χάλυβα

Σε θερμοκρασία δωματίου, τα μαγνητικά πεδία μεταξύ των ατόμων του σιδήρου παραμένουν ομαλά (σε τάξη), αλλά όταν ο σίδηρος θερμαίνεται, αυτά τα πεδία έχουν αλλοιωθεί επιτρέποντας έτσι στα άτομα να διολισθήσουν πλευρικά, αποδυναμώνοντας με αυτό τον τρόπο τον χάλυβα.

"Ο χάλυβας έτσι (με τη θέρμανση) γίνεται πολύ μαλακός. Αυτός δεν τήκεται αλλά το αποτέλεσμα είναι το ίδιο", διευκρινίζει ο Δρ Dudarev.

Οι σιδηρουργοί μάλιστα έχουν αξιοποιήσει αυτή την ιδιότητα για εκατοντάδες χρόνια - η θέρμανση αυτή επιτρέπει στο σίδηρο να γίνει εύκαμπτος  - σε θερμοκρασίες πολύ χαμηλότερες από το σημείο τήξης του.

Το μέγιστο σε αυτή την ευκαμψία είναι 911.5 ^οC, αλλά αρχίζει σε πολύ χαμηλότερες θερμοκρασίες, σε περίπου 500 ^οC - μια θερμοκρασία που επιτυγχάνεται συχνά στις πυρκαγιές.

Η χαλύβδινη ραχοκοκαλιά στους Δίδυμους Πύργους είχε,  ίσως, εκτεθεί σε θερμοκρασίες κοντά σε αυτή, όταν τα μονωτικά πάνελ - για την θερμική προστασία των δομικών στοιχείων των κτιρίων - εκτοπίστηκαν από το θανατηφόρο κτύπημα των αεροπλάνων.

Η φωτιά στο μέσον του κτιρίου θέρμανε τους χαλύβδινους δοκούς, και όταν οι θερμοκρασίες αυξήθηκαν πάνω από 500 ^οC η δομή έγινε ελαστική, και φυσικά κατέρρευσε κάτω από το βάρος των παραπάνω ορόφων.

Το ενδιαφέρον του Δρ Dudarev και της UKAEA είναι να βρεθούν εκείνοι οι χάλυβες που μπορούν να αντέξουν την έντονη θερμότητα στο εσωτερικό ενός αντιδραστήρα σύντηξης.

Το μεγάλο χρονικό διάστημα που θα δουλεύει ο αντιδραστήρας στο ITER σημαίνει ότι πρέπει να έχει ισχυρά υλικά ενσωματωμένα στο κτίριο, εκεί όπου θα λάβουν χώρα οι αντιδράσεις της σύντηξης.

Γι αυτό ο Dudarev λέει θα πρέπει να τελειοποιήσουν τις ιδιότητες των νέων μορφών του χάλυβα με την προσθήκη ενός μίγματος άλλων στοιχείων.

"Πρέπει να εξετάσουμε τις μαγνητικές ιδιότητες του χάλυβα, και να μεταβάλλουμε τη χημική τους σύνθεση με συστηματικό τρόπο, ώστε να απαλλαγούμε από αυτή τη συμπεριφορά", προτείνει.

Ο χάλυβας έχει δυο βασικές κρυσταλλικές δομές, αυτή του α-σιδήρου, που είναι μαγνητικός, άκαμπτος και σταθερός και αυτή του γ-σιδήρου, που είναι μη μαγνητικός, μαλακός και ελαστικός. Σύμφωνα με τη θεωρία, μαγνητικές ταλαντώσεις, που λαμβάνουν χώρα σε μοριακό επίπεδο, οδήγησαν τον χάλυβα των κτιρίων από τη μια δομή στην άλλη. Ο γ-σίδηρος είναι λιγότερο ανθεκτικός και σε θερμοκρασίες άνω των 500 βαθμών Κελσίου μπορεί να καταρρεύσει, υπό το βάρος του υπερκείμενου τμήματος του κτιρίου.