В РФ разработано «умное покрытие» для термоядерных реакторов

Российские ученые разработали для стенок термоядерных реакторов «умное покрытие», которое само «излечивает» микротрещины, возникающие на стенках при мощных тепловых ударах атомов плазмы. Об этом рассказали в Национальном ядерном университете МИФИ.

Одной из ключевых нерешенных задач в создании термоядерного реактора ИТЭР является выбор материала обращенной к раскаленной плазме внутренней стенки реактора. Температура плазмы в термоядерной установке достигает миллионов градусов, и различные инциденты могут повреждать внутреннюю стенку реактора, а испарившиеся частицы самой стенки «охлаждают» плазму, что негативно сказывается на протекании термоядерной реакции. Группа российских ученых из ООО «РАРМА» (г. Липецк), научного института Росатома в Троицке и МИФИ предложили инновационный способ снижения примесей в термоядерной плазме и защиты от эрозии стенок реактора: диффузионное насыщение вольфрамовой поверхности атомами бора.

Как рассказали в МИФИ, и в международном термоядерном реакторе ИТЭР, строящемся во Франции, и в китайском реакторе BEST, и во многих других аналогичных установках внутренние поверхности реактора планируется изготовлять из вольфрама. Вольфрам — самый тугоплавкий из металлов, однако он не избавлен от негативного воздействия плазмы. Но в случае насыщения вольфрамовой поверхности атомами бора на внутренней стенке реактора формируются защитные слои из боридов — химических соединений бора и вольфрама, которые относятся к классу сверхвысокотемпературных материалов. Борированный слой защищает плазму от попадания в нее многозарядных примесей. Кроме того, у такой поверхности проявляется еще одно свойство: микротрещины, которые возникают при мощных тепловых ударах, самозалечиваются в результате плавления окислов бора с образованием стекловидной фазы. Сравнительные испытания образцов вольфрама, аналогичного тому, из которого будут делать внутреннюю поверхность реактора ИТЭР, и пробных образцов вольфрама с диффузионным покрытиями, показали значительное улучшение характеристик вольфрама с борированным слоем по сравнению с вольфрамом без покрытия.

Еще один важный аспект, отметили в МИФИ, — это то, что бор в составе покрытия является эффективным поглотителем кислорода. Благодаря этому, по расчетам ученых, борированный слой вольфрамовой поверхности толщиной в 0,1 мм обеспечит снижение примесей в термоядерной плазме на весь период эксплуатации реактора ИТЭР. При этом не требуется использование системы борирования в тлеющем разряде, которая проектируется в настоящее время.