Исследователь из НИЯУ МИФИ определил оптимальные условия для работы с литием как материалом внутренних стенок токамака (устройства для удержания плазмы в магнитом поле – основной части гипотетического термоядерного реактора). Тем самым сделан еще один важный шаг к созданию «термоядерных реакторов с магнитным удержанием плазмы». Результаты исследований опубликованы в высокорейтинговом научном журнале Journal of Nuclear Materialsexternal link, opens in a new tab.
Одним из ключевых нерешенных вопросов в создании термоядерного реактора-токамака остается выбор материала для покрытия элементов внутренней стенки реактора, которые должны контактировать с плазмой. Таким материалом может стать жидкий литий.
«Применение жидкого лития помогает избежать проблем с локальным накоплением повреждений и дает поверхности элемента способность к самовосстановлению. Однако при использовании в качестве контактирующего с плазмой материала, жидкий литий будет испаряться, и необходимо будет создавать специальные коллекторы, собирающие его частицы», - рассказывает кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории физико-химических процессов в стенках термоядерных установок и кафедры физики плазмы Института ЛаПлаз НИЯУ МИФИ Степан Крат.
Ученый отметил, что при осаждении лития в его слоях может накапливаться водород, способный приводить к выпадению твердых гидридных осадков. Эти вещества могут негативно влиять на работу контуров, рассчитанных на использование жидкого лития. Эффективность сбора лития коллектором, количество накопленного водорода в слое, осажденном из плазмы, фазовый состав слоя зависят от условий осаждения и требуют подробного изучения, добавил он.
Для установление оптимальных условия для литиевого покрытия стенок токамак в НИЯУ МИФИ были проведены эксперименты на лабораторных стендах.
«Мы установили, что количество дейтерия в соосажденном литий-дейтериевом слое может достигать 30 атомных процентов. При этом большая часть дейтерия содержится в виде гидрида в слое, который разлагается в вакууме при нагреве до температуры 700 К. Часть дейтерия высвобождается при более высоких температурах, вероятно, в процессе разложения сложных литий-дейтерий-азотных соединений», - рассказал Степан Крат.
По его словам, наиболее эффективным тепловым режимом работы будущих коллекторов в токамаках с литиевыми элементами будет диапазон температур 250-300°C.
«В этих условиях эффективность сбора лития из плазмы еще высока, а содержание дейтерия в слое резко падает», - добавил ученый.
Работа выполнена при поддержке гранта Российского Научного Фонда № 21-72-10097