В России изобрели сплав, который выдержит энергию термоядерного реактора
Ученые из НИЯУ МИФИ предложили новый способ соединения обращенных к плазме материалов стенки реактора. Результаты работы опубликованы в научном журнале Journal of Nuclear Materials. Демонстрационный термоядерный реактор (ДЕМО) станет следующим этапом в подготовке к использованию термоядерной энергии в промышленных масштабах. Первый этап — строящийся во Франции международный термоядерный реактор ИТЭР, который должен продемонстрировать научно-техническую возможность использования термоядерной энергии в мирных целях. Если это удастся, человечество получит практически неисчерпаемый источник энергии. Реакторы следующего поколения — ДЕМО, некоторые страны-участницы проекта, включая Россию, построят уже на своей территории. Одна из главных проблем, которую необходимо будет решить, — выбор материала для наиболее энергетически напряженных, контактирующих с термоядерной плазмой элементов реактора ДЕМО. Если в ИТЭР основа стенок — это хромоциркониевая бронза с напаянными «плитками» из вольфрама или бериллия, то в ДЕМО, где нагрузки на стенки реактора будут гораздо более мощными, понадобится уже жаропрочная сталь. Однако остается серьезная проблема — необходимо создать термостойкое неразъемное соединение стали и вольфрама для элементов первой стенки и дивертора будущего реактора, которые будут находиться под нагрузками выше 2 МВт/м2 и нейтронным облучением. Для этой цели необходимо не просто получить новый сплав-припой из малоактивируемых элементов и отработать режимы пайки вольфрама со сталью, но и понять области применения таких паяных соединений в среде изотопов водорода — топлива термоядерных реакторов. Этим занялась группа ученых с кафедр физических проблем материаловедения и физики плазмы НИЯУ МИФИ разработала припой TiZr4Be для пайки вольфрама со сталью ЭК-181 и определила условия применения таких паяных соединений в водородной среде. Иначе при быстрых изменениях температуры в соединении могут возникнуть трещины, и обращенные к плазме элементы стенки реактора просто-напросто разрушатся», — рассказывает доцент Института ядерной физики и технологий НИЯУ МИФИ Алексей Сучков. Топливо термоядерных реакторов — это смесь изотопов водорода, дейтерия и трития, последние могут накапливаться в материалах стенки. В результате исследований российских ученых было установлено, что припой TiZr4Be с промежуточным слоем из тантала может быть использован для соединения вольфрама с малоактивируемой ферритно-мартенситной сталью. Удержание дейтерия в соединениях W-ЭК-181 и отдельных элементах исследовалось с упором на промежуточный слой припоя. После плазменного облучения и после газовой выдержки при давлении 1 Па наблюдалась приемлемая концентрация дейтерия, что соответствует условиям эксплуатации будущих термоядерных устройств. «Мы сделали первый шаг: создали макет элемента первой стенки термоядерного реактора и дивертора и испытали его в режимах, приближенных к ожидаемым в термоядерных установках, — говорит доцент Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ Юрий Гаспарян.Газета «Страна Росатом»