НИИЭФА совместно с МИСИС создали новый материал для токамака с реакторными технологиями

АО «НИИЭФА им. Д.В. Ефремова» (Санкт-Петербург, предприятие госкорпорации «Росатом») совместно с НИТУ МИСИС (входит в консорциум опорных вузов «Росатома») разработали перспективный материал для изготовления обращенных к плазме элементов дивертора токамака с реакторными технологиями (ТРТ). Работы были выполнены в рамках комплексной программы «Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в РФ на период до 2024 года» (КП РТТН).

Изготовленные по новой методике образцы уже прошли механические испытания, измерения температуропроводности методом лазерной вспышки и исследования методами микроскопии. Теперь специалисты готовы приступить к изготовлению первых макетов.

При создании теплоотводящего основания, на которое будет паяться защитная облицовка, специалисты предложили использовать композит из вольфрама и меди, где вольфрамовая матрица получена с применением аддитивных технологий – селективным лазерным плавлением порошка вольфрама. Композит сочетает в себе высокую теплопроводность, прочность и пластичность, а также имеет среднее между двумя материалами значение коэффициента линейного температурного расширения (КЛТР).

Вольфрам, благодаря комплексу уникальных характеристик (высокой теплопроводности и температуре плавления, низкой скорости ионной и тепловой эрозии) является наиболее подходящим материалом для защитной облицовки обращенных к плазме элементов, но он не подходит для создания теплоотводящего основания из-за высокой хрупкости и плохо совместим с другими металлами по причине различия значений КЛТР. Специалисты намерены решить данную проблему, смешав пористую матрицу вольфрама с медью методом вакуумной инфильтрации. При этом пористая матрица будет выращена на подложке из монолитного вольфрама. Такой способ позволяет синтезировать деталь из металлопорошка послойно, управляя её свойствами для конкретной задачи за счет возможности оптимизации геометрической структурой. Это позволяет получить существенные преимущества по сравнению с традиционным методом создания вольфрамовой «губки» в порошковой металлургии.

«Традиционная технология позволяет получить изделие заданной пористости со «случайной», непериодической структурой. Наш же метод позволит создавать изделие с оптимизированной послойно функционально-градиентной структурой за счет объемной гироидной решетки с управляемой геометрией пор», – рассказал начальник НИО ЭМК НТЦ «Синтез» АО «НИИЭФА» Павел Пискарев.

В 2025 году НИИЭФА и МИСИС планируют начать сотрудничество в области наплавки бронзы на сталь для элементов первой стенки ТРТ, которые подвержены более слабым тепловым потокам.