В НИЯУ МИФИ придумали, как избавить токамаки от радиоактивного трития
Ученые НИЯУ МИФИ нашли возможность снизить радиационную угрозу при эксплуатации токамаков. Ими разработан способ эффективного удаления трития из вольфрамовых слоев на внутренней поверхности термоядерных реакторов – на основе эффекта так называемого «изотопного замещения». Результаты исследований уже опубликованы в высокорейтинговом научном журнале Journal of Nuclear Materials.
При эксплуатации термоядерных установок может возникнуть угроза радиационной безопасности за счет накопления радиоактивного изотопа водорода трития.
Так, в международном термоядерном реакторе ИТЭР установлено предельное количество 700 г трития, больше этой величины в ИТЭР трития никогда быть не должно.
Как показали исследования на крупнейшем в мире токамаке JET, проведённые с участием сотрудников НИЯУ МИФИ, одним из основных путей накопления трития в токамаках является так называемое «со-осаждение» — процесс одновременного осаждения на поверхность распылённых плазмой вольфрамовых частиц стенок реактора и частиц рабочего газа плазмы – изотопов водорода.
Перед учеными встала задача найти способ детритизации – безопасного и технологичного удаления трития из соосажденных слоев в термоядерных установках. Так как работы с тритием очень дороги и сопряжены с рядом опасностей, в лабораторных условиях его часто симулируют при помощи безопасного тяжёлого изотопа водорода – дейтерия.
Исследователи НИЯУ МИФИ исследовали эффективность удаления дейтерия из соосажденных вольфрамовых слоев на основе эффекта так называемого «изотопного замещения», когда дейтерий, содержащийся в слое, замещался на лёгкий изотоп водорода протий путём выдержки слоя в атмосфере протия при повышенной температуре.
«Мы установили, что при температуре 200°С, легко достижимой в условиях токамаков, эффективность удаления дейтерия с помощью изотопного замещения составляет не менее 99%. При этом эффективность удаления дейтерия путем простого нагрева в вакууме при той же температуре не превышала 70%», — рассказал кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории физико-химических процессов в стенках термоядерных установок и кафедры физики плазмы НИЯУ МИФИ Степан Крат.
Ученые НИЯУ МИФИ разработали простую физическую модель, описывающую динамику изотопного замещения.
На ее основе они предсказали, сколько времени и при какой температуре потребуется выдерживать слои различной толщины для удаления из них тяжелых изотопов водорода.
Сегодня исследователи продолжают работу по теоретическому описанию процессов, связанных с соосаждением, и изучают соосаждение с другими важными для термоядерного синтеза материалами, такими как литий. Они ожидают, что полученные результаты будут применены в термоядерных реакторах для предсказания скорости накопления трития и для очистки их от этого изотопа.