Российские исследователи из научного подразделения «Росатома» в Троицке, ООО «РАРМА» (Липецк) и НИЯУ МИФИ разработали революционную технологию, позволяющую существенно снизить количество примесей в термоядерной плазме и защитить стенки реактора от разрушения.
Чем уникально новое покрытие?
Температура плазмы внутри термоядерного устройства значительно превышает показатели солнечного ядра. Высокая энергия потока частиц и нестабильность плазмы способны повредить стены установки, а испаряющиеся элементы самой конструкции охлаждают плазму, ухудшая эффективность термоядерной реакции.
Чтобы решить эту проблему, ученые предложили покрывать внутренние поверхности реактора вольфрамом. Этот металл обладает высочайшей температурой плавления среди всех известных металлов, но даже он подвержен разрушению при контакте с горячей плазмой.
Для устранения этого недостатка специалисты предложили внедрять атомы бора прямо в структуру вольфрама методом диффузионного насыщения. Это создает защитный слой из борида вольфрама – материала, устойчивого к высоким температурам.
По мнению Сергея Ипатова, замдиректора ООО «РАРМА», такое покрытие способно минимизировать риск попадания тяжелых примесей в плазму токамаков, обеспечивая повышение эффективности процесса.
Покрытие также обладает интересным свойством: оно автоматически восстанавливает микротрещины, образующиеся при сильных температурных нагрузках, благодаря образованию защитной стекловидной пленки.
Юрий Гаспарян, профессор кафедры физики плазмы НИЯУ МИФИ, объяснил, что экспериментальные исследования подтвердили значительное увеличение порога повреждений обработанного вольфрама по сравнению с необработанным материалом. Исследования проводились на специальной установке КСПУ, генерирующей мощные потоки плазмы.
Анатолий Красильников, глава проекта ИТЭР корпорации «Росатом», подчеркнул важность дальнейших исследований нового покрытия и рекомендовал проведение испытаний на действующих китайских установках типа EAST и планируемых BEST. Дальнейшие планы включают применение технологии на международном термоядерном реакторе ИТЭР.
Павел Пискарев, главный конструктор научно-исследовательского учреждения «Росатома», выразил уверенность в том, что использование борированных покрытий позволит повысить надежность и долговечность конструкций будущих российских установок серии ТРТ. Технология производства панелей с вольфрамовым покрытием уже хорошо освоена в России, внедрение новых покрытий потребует минимальных изменений в существующих технологиях производства.
Таким образом, новая разработка открывает большие перспективы для повышения надежности и производительности термоядерных устройств будущего.