Испытания помогут выбрать материал для стенки термоядерного реактора
В ближайшее время на плазменных установках в лабораториях НИЯУ МИФИ начнется цикл испытаний материалов, которые помогут защитить внутреннюю стенку реактора ITER.
Недавно было принято решение заменить в силу ряда причин бериллий на вольфрам в качестве материала облицовки контактирующих с плазмой элементов плазменной камеры.
Как рассказал и.о. заведующего кафедрой физики плазмы НИЯУ МИФИ Юрий Гаспарян, вольфрам обладает целым рядом преимуществ – это тугоплавкий металл, он отличается высокой теплопроводностью и низким коэффициентом распыления при плазменном облучении, он накапливает намного меньше изотопов водорода во время работы реактора, чем другие материалы.
Однако, наряду с большими «плюсами» у него есть и существенные «минусы». Предыдущие эксперименты на термоядерных установках показали, что при облицовке вольфрамом поверхности плазменной камеры возникают большие трудности при инициации плазмы в токамаке.
Вольфрам значительно тяжелее бериллия (у вольфрама атомный номер 74, у бериллия – 4), и из-за этого предельно допустимый уровень концентрации вольфрама в плазме реактора значительно ниже.
Иными словами, нельзя допустить, чтобы в ходе работы реактора вольфрам «распылялся» со стенок в тех же количествах, которые были бы нормальными для бериллия, – это приведет к интенсивному излучению и не позволит достичь желаемой температуры плазмы.
В этой ситуации уже сейчас рассматриваются варианты использования дополнительного защитного покрытия на поверхности вольфрама. Среди возможных вариантов – покрытие карбида бора, которое предлагалось для этой цели представителями Института Физической Химии РАН, ГНЦ РФ ТРИНИТИ и МИФИ ещё много лет назад.
В НИЯУ МИФИ под руководством профессора Леона Беграмбекова уже прорабатывался процесс осаждения карбида бора на поверхность внутренней стенки реактора, с использованием для этого напускаемых в плазму паров карборана (соединения бора, углерода и водорода).
Эта технология хороша тем, что позволила бы регулярно покрывать стенку пленкой из карбида бора при включенном реакторе, в ходе плазменного разряда.
Активно предлагаются сейчас и принципиально новые композитные материалы. Для их применения в ИТЭР и в российских термоядерных установках должны быть детально изучены их свойства.
НИЯУ МИФИ обладает целым комплексом плазменных установок для имитации условий токамаков, которые будут активно вовлечены в эти исследования. План испытаний должен быть согласован до конца нынешнего года, а сами испытания начнутся уже в 2024 году.
Возможно, таким образом на наших глазах будут создаваться стандарты промышленной термоядерной энергетики будущего.