Российские ученые разработали так называемое "умное покрытие" для внутренних стенок термоядерных реакторов, которое способно самостоятельно устранять микротрещины, возникающие при воздействии мощных тепловых ударов плазмы. Об этом сообщили в Национальном ядерном университете МИФИ.

Одной из ключевых нерешенных проблем при создании термоядерного реактора ИТЭР остается выбор материала для внутренней стенки, контактирующей с раскаленной плазмой. Температура плазмы в таких установках достигает миллионов градусов, и любые повреждения стенок приводят к попаданию частиц материала в плазму. Это, в свою очередь, вызывает ее охлаждение и ухудшает условия протекания термоядерной реакции.

Группа российских ученых из ООО "РАРМА" (Липецк), научного института Росатома в Троицке и МИФИ предложила инновационный способ защиты стенок реактора и снижения количества примесей в плазме. Он основан на диффузионном насыщении вольфрамовой поверхности атомами бора. Вольфрам выбран в качестве основного материала для внутренних стенок реакторов ИТЭР, китайского BEST и других аналогичных установок благодаря своей высокой температуре плавления, однако даже он подвержен эрозии под воздействием плазмы.

Как пояснили в МИФИ, при борировании вольфрамовой поверхности на ней формируются защитные слои боридов - соединений бора и вольфрама, относящихся к классу сверхвысокотемпературных материалов. Эти слои препятствуют попаданию в плазму многозарядных примесей, которые негативно влияют на стабильность реакции.

Кроме того, борированное покрытие обладает эффектом самовосстановления. Микротрещины, возникающие при тепловых ударах, "залечиваются" за счет плавления окислов бора с образованием стекловидной фазы. Сравнительные испытания показали, что вольфрам с таким диффузионным покрытием демонстрирует значительно лучшие характеристики по сравнению с обычным вольфрамом без защиты.

Еще одним важным свойством нового покрытия является высокая способность бора поглощать кислород. По расчетам ученых, борированный слой толщиной около 0,1 миллиметра позволит эффективно снижать содержание примесей в термоядерной плазме на протяжении всего срока эксплуатации реактора ИТЭР. При этом отпадает необходимость в использовании сложной системы борирования в тлеющем разряде, которая сейчас только проектируется.

Разработка может стать важным шагом в повышении надежности и эффективности термоядерных реакторов и приблизить практическое использование управляемого термоядерного синтеза.

Источник:

https://perm.bezformata.com/listnews/termoyadernih/156395833/