Материал для стенок термоядерного реактора ITER испытали в Новосибирске

Новосибирск. 22 декабря. ИНТЕРФАКС - Специалисты Института ядерной физики им. Г.И.Будкера (ИЯФ, Новосибирск) совместно с коллективами других научных организаций испытали керамический материал - карбид бора - в качестве покрытия для стенок Международного экспериментального термоядерного реактора (ITER), строящегося во Франции, сообщает пресс-служба ИЯФ.

"Результаты испытаний, проведенных в ИЯФ СО РАН, показали конкурентоспособность покрытий из карбида бора вольфраму и бериллию, которые часто рассматриваются при выборе защитного материала первой стенки и дивертора (устройства для удаления внешних слоев плазмы - ИФ) современных токамаков", - говорится в сообщении.

Испытания проводятся на установке ВЕТА в ИЯФ, где материал подвергают "термоядерным" импульсным нагрузкам с помощью лазера, имитируя тепловую нагрузку от плазмы. С помощью системы диагностики можно отслеживать, например, температуру, поглощенное тепло и степень эрозии.

Отмечается, что для запуска термоядерной реакции плазму необходимо разогреть до температуры от 10 до 100 млн градусов, при этом плазма находится в вакуумной камере токамака - специального устройства в форме тора, которое удерживает плазму с помощью магнитных полей, и плазма почти не касается стенок камеры.

Материал стенки в таких условиях может разрушаться, частицы покрытия стенки в любом случае будут попадать в плазму, но тяжелые примеси особенно опасны, поскольку быстро остужают плазму.

В исследовательских токамаках широко использовался углерод, но его применение в реакторе затруднено, так как он может захватывать и удерживать в себе удерживать изотопы водорода, в том числе радиоактивный тритий.

На данный момент в качестве материала для первой стенки камеры в ITER используются вольфрам и бериллий.

"Вольфрам тугоплавкий и хорошо выдерживает высокие температуры, но это тяжелый материал, и при попадании в плазму он быстро охлаждает ее. Бериллий же очень легкий, и даже при попадании в плазму он почти не влияет на её качество. Но пыль бериллия токсична для человека и является сильным канцерогеном", - отмечается в сообщении.

Поэтому нужны термостойкие и одновременно лёгкие материалы, обладающие высокой теплопроводностью и электропроводностью, например, специальные виды керамики. Обычно керамика является изолятором, но существуют термостойкие материалы керамического класса, которые обладают достаточной проводимостью.

"Есть два варианта использования карбида бора: им можно полностью заменить вольфрам или нанести на вольфрамовые стенки в качестве защитного покрытия", - говорится в сообщении.

В исследовании принимают участие также Институт гидродинамики имени М. А. Лаврентьева СО РАН, Институт теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН, Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники.

Как сообщалось, Россия изготавливает для реактора несколько порт-плагов - модулей, позволяющих разместить системы для диагностики параметров плазмы внутри реактора. Они также защищают оборудование от потока нейтронов и снижают радиационный фон в зонах, требующих доступа специалистов. Такие системы будут установлены по всему периметру установки, четыре из них должен изготовить ИЯФ.

ИЯФ является основным исполнителем по конструированию и изготовлению порт-плагов ITER в России, однако основное оборудование этих порт-плагов поставляют другие страны.

В конце июля 2020 года международное сообщество приступило к сборке реактора проекта ITER на юге Франции. Предполагается, что первая плазма будет получена в 2025 году.

ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) - экспериментальный реактор, который должен воспроизвести физические реакции, которые происходят на Солнце и других звездах, и продемонстрировать возможность использования потенциала ядерного синтеза в качестве источника электроэнергии. Участниками проекта являются ЕС, а также США, Китай, Япония. Индия, Россия и Южная Корея. Вклад России заключается в изготовлении и поставке высокотехнологичного оборудования и основных систем реактора.