Ученые РФ предложили новый способ соединения материалов стенок в термоядерном реакторе. Это позволит в токамаках будущего генерировать термоядерные реакции очень большой мощности, сообщили ТАСС в Национальном исследовательском ядерном университете МИФИ.
"Ученые кафедр физических проблем материаловедения и физики плазмы МИФИ разработали новый припой с высокой температурой плавления, устойчивый к высочайшим нагрузкам и нейтронному облучению и уникальный еще по целому ряду параметров", - рассказали в университете.
Этим материалом будут соединяться элементы первой стенки и вольфрамовые пластины в термоядерном реакторе будущего - ДЕМО.
Как рассказали ТАСС в МИФИ, реакторы ДЕМО (демонстрационный термоядерный реактор) - это следующий этап в подготовке к использованию термоядерной энергии в промышленных масштабах. Первый этап - строящийся ИТЭР. Он должен продемонстрировать принципиальную научно-техническую возможность использования термоядерной энергии в мирных целях. Реакторы следующего поколения, ДЕМО, некоторые страны-участницы, в том числе и Россия, построят уже на своей территории. В них должна будет протекать реакция еще большей мощности и практически в непрерывном режиме. ДЕМО станет переходным звеном между ИТЭР и первыми коммерческими термоядерными реакторами. ИТЭР предназначен для получения 500 МВт энергии от синтеза ядер в течение как минимум 500 секунд, тогда как целью ДЕМО является достижение непрерывной генерации на уровне 2 ГВт. ДЕМО станут первыми термоядерными реакторами, генерирующими электричество (в ИТЭР тепловая энергия просто рассеивается в пространстве).
Сложные элементы и системы для ДЕМО приходится разрабатывать практически с нуля, подчеркнули в МИФИ. Стенки реактора - наиболее энергетически напряженные, контактирующие с плазмой элементы решено изготавливать из жаропрочной стали. Однако, как подчеркнули в МИФИ, следующая проблема - обеспечение термостойкого неразъемного соединения стали и вольфрама, пластинами из которого будут покрыты элементы первой стенки и дивертора будущего реактора. Сложности добавил тот факт, что все эти элементы будут находиться под нагрузками выше 2 МВт/кв. м и нейтронным облучением.
Поиск нового способа
"Так как материалы должны быть еще и малоактивированные, то 2/3 таблицы Менделеева в таких установках применять нельзя. Нужно было разработать припой с определенной температурой плавления и подобрать такой режим пайки, который позволял бы соединить очень разные по своим свойствам материалы, в частности по коэффициенту термического расширения - вольфрам и сталь. Иначе при быстрых изменениях температуры в соединении могут возникнуть трещины, и обращенные к плазме элементы стенки реактора просто-напросто разрушатся", - рассказал доцент Института ядерной физики и технологий МИФИ Алексей Сучков. Кроме того, от припоя требовалась устойчивость к водородному охрупчиванию.
Разработанный учеными из МИФИ припой TiZr4Be для пайки вольфрама с жаропрочной сталью отвечает базовым требованиям, сообщили в университете.
"Мы создали макет элемента первой стенки термоядерного реактора и дивертора и испытали его в режимах, приближенных к ожидаемым в термоядерных установках. Соединение устойчиво при определенных условиях", - отметил доцент Института лазерных и плазменных технологий МИФИ Юрий Гаспарян.
О токамаках, ИТЭР и ДЭМО
Вклад ученых РФ в создание ИТЭР и проектирование реакторов нового поколения ДЕМО является определяющим. Инициатива по созданию первой международной экспериментальной термоядерной установки принадлежала академику Евгению Велихову, в ее основе лежит система токамак (тороидальная камера с магнитными катушками), также разработанная в 50-е годы ХХ века советскими академиками Игорем Таммом и Андреем Сахаровым. Сегодня к проекту привлечены крупнейшие научные центры России - Курчатовский институт, НИЯУ МИФИ, ряд институтов Росатома - НИИНМ, ТРИНИТИ, НИИЭФА, НИКИЭТ и другие, и, несмотря на санкции, научное международное сотрудничество в этой области продолжается, подчеркнули в МИФИ.