По мере ускорения разработки термоядерных реакторов нового поколения всё острее встаёт вопрос о материалах, способных выдерживать экстремальные условия внутри реакторов. Новое исследование, проведённое в сотрудничестве с компанией Guardian Metals и технологической фирмой Oxford Sigma, впервые количественно оценило масштабы будущего спроса на вольфрам — одного из наиболее перспективных материалов для ядерного синтеза.
Результаты исследования, часть которого вошла в проект «Выбор материалов для термоядерных «одеял» (Fusion Breeder Blankets)», совместно реализуемый с Управлением по атомной энергии Великобритании (UKAEA), указывают на то, что без значительного увеличения добычи вольфрама массовое внедрение термоядерной энергетики может столкнуться с серьёзными ограничениями по цепочкам поставок.
Вольфрам считается одним из главных кандидатов для использования в критически важных компонентах термоядерных реакторов — в частности, в облицовке плазменной камеры и нейтронной защите. Его уникальные свойства делают его незаменимым:
- Температура плавления — 3422 °C — самая высокая среди всех металлов,
- Высокая теплопроводность,
- Отличная устойчивость к нейтронному облучению,
- Низкий уровень распыления (минимальная эрозия при столкновении с частицами плазмы).
Эти характеристики особенно важны для реакторов типа токамак, включая сферические и D-образные конструкции, где материалы подвергаются невероятным тепловым и радиационным нагрузкам.
Исследование проанализировало два передовых проекта термоядерных реакторов:
- ARIES-ST — сферический токамак (США)
- EU-DEMO1 — европейский прототип демонстрационного реактора
Для реактора мощностью 2000 МВт (тепловой мощности), работающего в течение 40 лет:
- ARIES-ST потребует 29 034 тонны вольфрама,
- EU-DEMO1 — 9 554 тонны.
Для сравнения: современное мировое производство вольфрама составляет около 100 000 тонн в год. Это означает, что один только ARIES-ST потребит почти 30% годового мирового объёма за весь срок службы — и это без учёта других реакторов, строительства, ремонта и резервов.
Исследование моделирует сценарии развертывания термоядерной энергетики в глобальном масштабе. При сохранении текущего уровня добычи:
- К 2056 году термоядерная промышленность может исчерпать 100% годового мирового производства вольфрама,
- К концу XXI века потребуется увеличение добычи в 10–16 раз по сравнению с нынешним уровнем.
«Эти цифры — тревожный сигнал, — говорит технический директор Oxford Sigma. — Если мы хотим, чтобы термоядерная энергия стала реальностью в масштабах планеты, мы должны уже сегодня начать искать, разрабатывать и обеспечивать новые источники вольфрама».
Для наглядности: ежегодное потребление вольфрама в США составляет около 11 000 тонн. Таким образом, один реактор ARIES-ST потребует за 40 лет эквивалент 2,6-кратного годового потребления США — и это только на один реактор.
Вольфрам в настоящее время добывается в основном в Китае, Вьетнаме, России и Австрии. Однако его геополитическая концентрация и ограниченные запасы поднимают вопросы устойчивости цепочек поставок.
Исследование подчёркивает необходимость:
- Поиска новых месторождений,
- Развития технологий переработки и рециклинга вольфрама из отработанных компонентов,
- Инвестиций в альтернативные материалы и композиты, хотя ни один из них пока не может полностью заменить вольфрам.
Источник: https://www.innovationnewsnetwork.com/harnessing-tungsten-for-next-generation-fusion-reactors/60314/
Больше интересного – на медиапортале https://www.cta.ru/