Ученые из Национального ядерного исследовательского университета МИФИ предложили новый способ соединения материалов, из которых будут состоять стенки Демонстрационного термоядерного реактора (ДЕМО). Материал из титана, циркония и бериллия выдержит жесткие условия эксплуатации.
В настоящее время во Франции достраивается международный термоядерный экспериментальный реактор ИТЭР, следующим этапом на пути к промышленному использованию энергии ядерного синтеза станет создание национальных реакторов нового поколения. Одним из них станет ДЕМО, который планируют построить в России. В отличие от ИТЭР новые установки будут работать с большей мощностью, а значит им потребуется мощная защита.
Защитное покрытие в ИТЭР сделано из хромоциркониевой бронзы, в ДЕМО нагрузка будет гораздо больше свыше 2 МВт/м2, поэтому ученые предлагают использовать жаропрочную сталь ЭК — 181. Но главная проблема связана с тем, чтобы объединить элементы из стали и вольфрама на внутренней стенке и дивертора будущего реактора.
Проект реакторного комплекса ДЕМО. Изображение: НИЯУ МИФИ
Исследователи из МИФИ показали, что использования припоя TiZr4Be с промежуточным слоем из тантала удовлетворяет условиям будущего реактора. В процессе экспериментов физики подвергли образцы из стали и вольфрама, объединенные новым припоем, воздействию газообразного дейтерия и плазменного разряда (T = 600°C). Результаты показали, что после плазменного облучения и газовой выдержки при давлении 1 Па наблюдалась приемлемая концентрация дейтерия, что соответствует условиям эксплуатации будущих термоядерных устройств.
Топливо термоядерных реакторов — это смесь изотопов водорода, дейтерия и трития. При этом радиоактивные изотопы могут накапливаться в материалах стенки. Кроме накопления радиоактивного трития с точки зрения безопасности, существует и проблема воздействия водорода на стенки, которое со временем делает материал более хрупким.
Мы сделали первый шаг: 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 – мы выявили его ограничения по температуре и давлению окружающего газа. Следовательно, надо либо продолжить поиски подходящих материалов, либо гарантировать допустимые условия эксплуатации.
Юрий Гаспарян, доцент Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ
