Structural materials for DEMO

With the construction of ITER well underway, attention is now posed to the design of a successor device: a future fusion energy generation Demonstration Fusion Power Plant (DEMO). DEMO will be the nearest-term fusion reactor design capable of producing net electricity power of 500 MW, operating with a closed fuel-cycle and being a single step between ITER and a commercial reactor foreseen by 2050 (1, 2, 3). For the main ITER in-vessel components (e.g. divertor, shielding blanket, port plugs, etc.) the austenitic stainless steel AISI 316 L(N) IG has been used as structural material. When the nuclear damage increases, as in ITER TBM (Test Blanket Module) or in DEMO in-vessel components, it is not possible to use AISI 316 but material with low activation properties and good resistance to neutron damage as Eurofer must be foreseen. The principal objective of the present paper will be to study the mechanical behavior of all possible structural materials that can be used for in-vessel components. In particular, focus will be put on Eurofer steel.

Con la costruzione di ITER, attualmente in fase avanzata, l'attenzione è ora posta alla progettazione del futuro reattore: l’impianto dimostrativo di produzione di energia a fusione denominato DEMO. DEMO sarà il prossimo progetto di reattore a fusione in grado di produrre 500 MW di potenza elettrica netta, funzionante con un combustibile a ciclo chiuso. Esso sarà l’ultimo impianto realizzato dopo ITER e prima del reattore commerciale previsto per il 2050 (1, 2, 3). Per i componenti principali in-vessel di ITER (ad esempio il divertore, il mantello schermante, i port plugs, ecc.) è stato utilizzato come materiale strutturale l'acciaio inossidabile austenitico AISI 316 L (N) IG. Quando il danneggiamento nucleare aumenta, come nel TBM (Test Blanket Module) di ITER o nei componenti in-vessel di DEMO, non è possibile utilizzare l’AISI 316 ma deve essere previsto un materiale come l’Eurofer con basse proprietà di attivazione e buona resistenza al danneggiamento neutronico. L'obiettivo principale del presente lavoro è quello di studiare il comportamento meccanico di tutti i possibili materiali strutturali che possono essere utilizzati per i componenti in-vessel. Particolare attenzione sarà posta sull'acciaio Eurofer.