Ученые РФ испытывают новый материал для первой стенки будущих термоядерных реакторов
Сегодня в мире реализуются или находятся на стадии проектирования несколько экспериментальных термоядерных реакторов. Самый масштабный среди них - Международный экспериментальный термоядерный реактор ИТЭР (International Thermonuclear Experimental Reactor). Есть и локальные проекты, которые развиваются силами отдельных стран, в том числе EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak, Китай), KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research, Корея), ТРТ (Токамак с Реакторными Технологиями, Россия).
Источник: Установка BETA в ИЯФ СО РАН. Фото Е. Койновой.
МОСКВА, 23 января /Новости науки/. Российские ученые испытывают новый материал для первой стенки будущих термоядерных реакторов, сообщает пресс-служба ИЯФ.
В основе термоядерного реактора лежать магнитные системы (магнитные ловушки) либо замкнутого типа (токамаки и стеллараторы), либо открытого типа (пробкотроны). Несмотря на различные конфигурации установок первая стенка есть у каждой. Этот элемент реактора контактирует непосредственно с плазмой, поэтому выбранный материал должен обладать практически запредельными характеристиками, чтобы устоять под натиском высоких температур.
«Независимо от масштабов и конфигураций установок у них есть общая проблема – выбор материала первой стенки, то есть поверхности, которая должна выдержать экстремальный нагрев в результате соприкосновения с плазмой. Специалисты Института ядерной физики им. Г.И. Будкера РАН совместно с коллегами из Института химии твердого тела и механохимии РАН проводят цикл экспериментов, направленных на изучение поведения различных керамических соединений в условиях термоядерных температур. Испытания проводятся на установке ВЕТА в ИЯФ, где на материал воздействуют лазерными и электронными пучками, имитируя тепловую нагрузку от плазмы. В последних испытаниях на устойчивость к термоядерным нагрузкам был проверен диборид титана, изготовленный в ИХТТМ. Образцы продемонстрировали хорошую теплопроводность и отсутствие эрозии», - говорится в сообщении.
Сегодня в мире реализуются или находятся на стадии проектирования несколько экспериментальных термоядерных реакторов. Самый масштабный среди них - Международный экспериментальный термоядерный реактор ИТЭР (International Thermonuclear Experimental Reactor). Есть и локальные проекты, которые развиваются силами отдельных стран, в том числе EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak, Китай), KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research, Корея), ТРТ (Токамак с Реакторными Технологиями, Россия).
«Первая стенка, а также любые другие обращенные к плазме элементы, под ее воздействием подвергаются эрозии, испаряются и трескаются, в следствии чего микрочастицы материала летят в плазму и засоряют ее. Первая стенка токамака ИТЭР будет сделана из вольфрама, так как по сравнению с первоначально выбранным вариантом, бериллием, он не токсичен и более устойчив к экстремальным температурам. Но несмотря на преимущества перед бериллием, вольфрам тоже не идеален, у него большое зарядовое число и при попадании тяжелых частиц в горячую плазму термоядерный реактор может не заработать. Чтобы предотвратить подобные явления вольфрам предлагается покрывать материалом с маленьким зарядовым числом. В рамках реализации проекта ИТЭР целая группа научно-исследовательских институтов занимается вопросом подбора нужного материала. ИЯФ СО РАН работает в этом же направлении, но по своей», - приводятся в сообщении слова советника дирекции ИЯФ СО РАН доктора физико-математических наук Александра Бурдакова.
Испытания проводятся на установке ВЕТА в ИЯФ, где образцы материалов подвергают импульсным тепловым нагрузкам, которые имитируют термоядерные условия. Свежие результаты посвящены испытанию диборида титана.
«Процессы повреждения обращенных к плазме материалов могут приводить к интенсивному засорению плазмы материалами стенки, поэтому их изучение очень важно для покорения УТС. Керамик, которые потенциально могут смягчить нежелательное влияние на плазму, довольно много. Мы провели цикл поисковых работ, изучили карбид бора, карбид кремния, диборид циркония и вот перешли к дибориду титана. С точки зрения стойкости к импульсному нагреву он оказался среди наиболее устойчивых кандидатов. Так получилось, в том числе, благодаря хорошей теплопроводности, позволяющей снизить вероятность перегрева поверхности. Еще одно преимущество в электропроводности, которая у диборида титана на уровне металлической, что снижает возможность появления разрушительных для материалов униполярных дуг. Данные исследования интересны еще и тем, что мы смогли испытать и сравнить диборид титана коммерческого производства и экспериментальные образцы. Последние изготовили для нас коллеги-химики из ИХТТМ СО РАН. Экспериментальные образцы оказались заметно устойчивее к нагреву электронным пучком», - приводятся в сообщении слова научного сотрудника ИЯФ СО РАН, кандидата физико-математических наук Дмитрия Черепанова.
В основе термоядерного реактора лежать магнитные системы (магнитные ловушки) либо замкнутого типа (токамаки и стеллараторы), либо открытого типа (пробкотроны). Несмотря на различные конфигурации установок первая стенка есть у каждой. Этот элемент реактора контактирует непосредственно с плазмой, поэтому выбранный материал должен обладать практически запредельными характеристиками, чтобы устоять под натиском высоких температур.
«Независимо от масштабов и конфигураций установок у них есть общая проблема – выбор материала первой стенки, то есть поверхности, которая должна выдержать экстремальный нагрев в результате соприкосновения с плазмой. Специалисты Института ядерной физики им. Г.И. Будкера РАН совместно с коллегами из Института химии твердого тела и механохимии РАН проводят цикл экспериментов, направленных на изучение поведения различных керамических соединений в условиях термоядерных температур. Испытания проводятся на установке ВЕТА в ИЯФ, где на материал воздействуют лазерными и электронными пучками, имитируя тепловую нагрузку от плазмы. В последних испытаниях на устойчивость к термоядерным нагрузкам был проверен диборид титана, изготовленный в ИХТТМ. Образцы продемонстрировали хорошую теплопроводность и отсутствие эрозии», - говорится в сообщении.
Сегодня в мире реализуются или находятся на стадии проектирования несколько экспериментальных термоядерных реакторов. Самый масштабный среди них - Международный экспериментальный термоядерный реактор ИТЭР (International Thermonuclear Experimental Reactor). Есть и локальные проекты, которые развиваются силами отдельных стран, в том числе EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak, Китай), KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research, Корея), ТРТ (Токамак с Реакторными Технологиями, Россия).
«Первая стенка, а также любые другие обращенные к плазме элементы, под ее воздействием подвергаются эрозии, испаряются и трескаются, в следствии чего микрочастицы материала летят в плазму и засоряют ее. Первая стенка токамака ИТЭР будет сделана из вольфрама, так как по сравнению с первоначально выбранным вариантом, бериллием, он не токсичен и более устойчив к экстремальным температурам. Но несмотря на преимущества перед бериллием, вольфрам тоже не идеален, у него большое зарядовое число и при попадании тяжелых частиц в горячую плазму термоядерный реактор может не заработать. Чтобы предотвратить подобные явления вольфрам предлагается покрывать материалом с маленьким зарядовым числом. В рамках реализации проекта ИТЭР целая группа научно-исследовательских институтов занимается вопросом подбора нужного материала. ИЯФ СО РАН работает в этом же направлении, но по своей», - приводятся в сообщении слова советника дирекции ИЯФ СО РАН доктора физико-математических наук Александра Бурдакова.
Испытания проводятся на установке ВЕТА в ИЯФ, где образцы материалов подвергают импульсным тепловым нагрузкам, которые имитируют термоядерные условия. Свежие результаты посвящены испытанию диборида титана.
«Процессы повреждения обращенных к плазме материалов могут приводить к интенсивному засорению плазмы материалами стенки, поэтому их изучение очень важно для покорения УТС. Керамик, которые потенциально могут смягчить нежелательное влияние на плазму, довольно много. Мы провели цикл поисковых работ, изучили карбид бора, карбид кремния, диборид циркония и вот перешли к дибориду титана. С точки зрения стойкости к импульсному нагреву он оказался среди наиболее устойчивых кандидатов. Так получилось, в том числе, благодаря хорошей теплопроводности, позволяющей снизить вероятность перегрева поверхности. Еще одно преимущество в электропроводности, которая у диборида титана на уровне металлической, что снижает возможность появления разрушительных для материалов униполярных дуг. Данные исследования интересны еще и тем, что мы смогли испытать и сравнить диборид титана коммерческого производства и экспериментальные образцы. Последние изготовили для нас коллеги-химики из ИХТТМ СО РАН. Экспериментальные образцы оказались заметно устойчивее к нагреву электронным пучком», - приводятся в сообщении слова научного сотрудника ИЯФ СО РАН, кандидата физико-математических наук Дмитрия Черепанова.
