В Института ядерной физики им. Будкера (ИЯФ СО РАН) в Новосибирске провели испытания материала, имеющего высокий потенциал для сдерживания плазмы в термоядерном реакторе. Выдержать экстремально высокие условия и одновременно не повлиять пагубно на плазму может карбид бора, сообщили в пресс-службе института.
Испытывают карбид бора в качестве покрытия для стенок токамака Международного экспериментального термоядерного реактора (ИТЭР) совместно с коллективами других научных организаций — в проекте участвуют также ученые из Японии, Китая, Кореи, Индии, США и стран Европы.
«Исследования термоядерного синтеза – перспективное направление, поскольку реакторы на его основе могут стать новым источником энергии с большой производительностью. 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 современных токамаков», — говорится в сообщении.
Термоядерная реакция — это процесс, во время которого легкие атомные ядра объединяются в более тяжелые. Он происходит во время горения плазмы при температуре до 10-100 миллионов градусов. Удерживает плазму вакуумная камера токамака. Из-за магнитных полей плазма почти не касается стенок камеры, а основное движение частиц горячей плазмы происходит в центре, что позволяет плазме дольше сохранять температуру. Эта технология позволит, затратив 50 мегаватт энергии, на выходе получать до 500 мегаватт.
Несмотря на то, что плазма мало контактирует со стенками камеры, на них оказывается большая нагрузка в виде нагрева, потока нейтронного и гамма-излучения. Из-за этого материал стенки может разрушаться, а его частицы — попадать в плазму и приводить к ее быстрому остыванию, особенно это касается тяжелых примесей. В ИТЭР используются в основном вольфрам и бериллий, однако первый при попадании в плазму очень быстро ее охлаждает, а второй же, хоть и почти не влияет на температуру плазмы, является канцерогеном для человека. Поэтому актуален поиск более удачной альтернативы.
«Кроме больших температур и излучения, в любом токамаке иногда бывают «срывы», при которых плазма вытекает из зоны удержания и попадает на стенку. Во время работы «срывы» происходят регулярно, и материал должен быть к ним готов. Именно таким наиболее опасным импульсным тепловым нагрузкам подвергают карбид бора в установке ВЕТА (комплекс для испытания материалов). Исследования показали, что пороговые значения нагрузок, при которых керамика начинает разрушаться, не уступают вольфраму. Испытания, проведенные в ИЯФ СО РАН, показали конкурентоспособность покрытий из карбида бора вольфраму и бериллию», — рассказали в институте.
Карбид бора, как и бериллий, легкий, и при попадании в плазму не вызывает ее быстрого остывания, а также он доступней. Предполагается два варианта использования карбида бора: полностью заменить вольфрам или нанести на вольфрамовые стенки в качестве защитного покрытия.
