8 сентября Управление по атомной энергии Великобритании (UKAEA) и Институт передовых материалов Генри Ройса (Royce) опубликовали дорожную карту по разработке материалов для термоядерной энергетики. Дорожная карта, созданная при участии более ста экспертов-материаловедов из британского научного сообщества и промышленности, выделяет пять основных направлений работы, необходимых для создания материалов для будущих термоядерных электростанций.
В настоящее время в мире разрабатываются многие прототипы термоядерных электростанций, в свою очередь британская станция STEP должна быть запущена уже в начале 2040-х годов, заявило UKAEA. Ведущей технологией-претендентом на создание термоядерных электростанций является вариант с использованием токамака – кольцеобразной установки, в которой топливо удерживается мощными магнитами и нагревается до слияния частиц. В процессе синтеза образуются высокоэнергетические нейтроны, которые можно далее превращать в электроэнергию, но которые также могут значительно повредить и облучить материалы внутри устройства.
Определение, разработка и квалификация подходящих материалов является ключевым фактором для развития коммерческий термоядерных электростанций по двум причинам. Во-первых, эффективность, безопасность и доступность термоядерной установки часто зависят от качества материалов компонентов. Во-вторых, устойчивый топливный цикл требует высокопродуктивных материалов для использования термоядерного топлива. Как компоненты токамака, так и топливные материалы должны будут выдерживать сложнейшую комбинацию нейтронной бомбардировки, тепловых, магнитных, электрических и механических нагрузок в термоядерной электростанции.
UKAEA определила следующие пять приоритетных областей в дорожной карте UK Fusion Materials Roadmap:
- Новые материалы для минимизации количества активации в структуре термоядерной электростанции;
- Соединения, которые могут быть использованы в энергетической установке для оптимизации использования тритиевого топлива для поддержания термоядерного синтеза;
- Магниты и изоляторы, устойчивые к облучению от термоядерных реакций, особенно в криогенных условиях;
- Структурные материалы, способные сохранять свою прочность при нейтронной бомбардировке при высоких рабочих температурах (более 550 °C), и
- Инженерное сопровождение для “термоядерных” материалов, включая предоставление данных облученных образцов и смоделированных прогнозов, чтобы проектировщики, операторы и регулирующие органы были уверены в их пригодности для использования на будущих коммерческих электростанциях.
"Эта дорожная карта – единый национальный инструмент, цель которого – дать британским исследователям-материаловедам общие темы для сотрудничества. Мы надеемся создать импульс для тестирования, механистического понимания и преодоления повреждений от облучения при термоядерном синтезе", - отметила директор по материаловедению UKAEA доктор Аманда Квадлинг, - “Дорожная карта также является учебным документом для тех, кто хочет узнать больше о термоядерных материалах с точки зрения цепочки поставок и регулирования. Она поможет сформировать новые партнерские отношения с широким кругом заинтересованных сторон в области материалов, чтобы мы могли как можно быстрее обеспечить мир термоядерным электричеством".
"Технологические проблемы, связанные с практическим применением термоядерной энергии, требуют разработки материалов, способных выдерживать чрезвычайно суровые условия эксплуатации термоядерных электростанций. Сейчас нам необходимо в срочном порядке продолжить разработку новых материалов, которые инженеры смогут использовать для надежного противостояния таким сложным условиям, как высокие температуры, сильное облучение и быстрые градиенты термоциклирования", - сказал генеральный директор Института Генри Ройса, профессор Дэвид Ноулз, - "Эта важная дорожная карта материалов, опубликованная Royce и UKAEA, определяет, что мы должны сделать, чтобы обеспечить выполнение одной из самых сложных технологических миссий, с которыми мы когда-либо сталкивались. Контролируемое применение термоядерного синтеза в токамаках имеет высокий потенциал для обеспечения изобилия низкоуглеродной энергии на благо будущих тысячелетий".
Комната управления исследовательского центра UKAEA по изучению материалов в Кулхэме UKAEA
