Ученые в Германии представили новые сверхпрочные материалы, предназначенные для работы в экстремальных условиях будущих термоядерных реакторов. Эти разработки призваны защитить так называемую «первую стенку» — внутреннюю поверхность вакуумной камеры реактора, которая непосредственно сталкивается с перегретой плазмой.
Исследовательский проект DINERWA, который ведут специалисты из Института технологий Карлсруэ и их коллеги из лазерно-термоядерной компании Focused Energy, был нацелен на создание более долговечного варианта этого критически важного барьера.
Как пояснил исследователь Карстен Боннекох, «первая стенка» является одной из величайших технологических проблем для будущих электростанций, поскольку она должна выдерживать температуры, превышающие температуру Солнца, и интенсивное нейтронное излучение, защищая внутреннюю часть реактора. Для решения этой задачи команда разработала новое поколение конструкционных и функциональных материалов, способных противостоять тепловым нагрузкам, радиационным повреждениям и механическим напряжениям за пределами возможностей обычных металлов.
В число этих перспективных материалов входят дисперсно-упрочненные оксидами стали и медные сплавы, наноструктурированный вольфрам, а также новые высокоэнтропийные сплавы. Каждый из них был создан на микроскопическом уровне для сохранения стабильности даже при воздействии экстремального тепла и интенсивного потока нейтронов. По словам ведущего ученого Вольфганга Теобальда, цель работы — значительно продлить срок службы первой стенки, обеспечить возможность ее промышленного производства и сделать важный шаг к экономической целесообразности промышленных термоядерных реакторов.
Проект не ограничивается только созданием новых материалов; команда также разрабатывает передовые методы производства и соединения, необходимые для сборки сложных модулей реакторного масштаба. Большая часть испытаний проходит на исследовательской инфраструктуре HELOKA в Карлсруэ, одной из ведущих в мире испытательных установок для условий высоких тепловых потоков. Там прототипы компонентов из новых материалов подвергаются тепловым нагрузкам и механическим напряжениям, аналогичным тем, что ожидаются внутри будущих реакторов. Эти тесты помогут понять, как материалы ведут себя под давлением и как долго они могут прослужить до замены.