Российские ученые сделали важный шаг в разработке будущего термоядерного реактора ДЕМО

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Ученые из Национального ядерного исследовательского университета МИФИ предложили новый способ соединения обращенных к плазме материалов стенки реактора. Результаты работы опубликованы в высокорейтинговом научном журнале Journal of Nuclear Materials.

Демонстрационный термоядерный реактор (ДЕМО) станет следующим этапом в подготовке к использованию термоядерной энергии в промышленных масштабах. Первый этап – строящийся сейчас близ Марселя (Франция) международный термоядерный экспериментальный реактор ИТЭР (International Thermonuclear Experimental Reactor), он должен продемонстрировать научно-техническую возможность использования термоядерной энергии в мирных целях. Если это удастся, человечество получит практически неисчерпаемый источник энергии. Реакторы следующего поколения ДЕМО некоторые страны участницы, в том числе и Россия, построят уже на своей территории – в нем должна будет происходить реакция еще большей мощности и в практически непрерывном режиме.

В ИТЭР все материалы для строительства реактора уже определены и первые эксперименты на нем должны начаться уже в 2025 году, ДЕМО же существуют пока только в виде теоретических разработок. Для установок типа ДЕМО надо разрабатывать и внедрять сложные элементы и системы, которых нет ни на каких существующих сегодня экспериментальных термоядерных устройствах.

Одна из главных проблем, которую необходимо будет решить – выбор материала для наиболее энергетически напряженных, контактирующих с термоядерной плазмой элементов реактора ДЕМО. Если в ИТЭР основа стенок – это хромоциркониевая бронза с напаянными «плитками» из вольфрама или бериллия, то в ДЕМО, где нагрузки на стенки реактора будут гораздо более мощными, понадобится уже жаропрочная сталь – предполагается, что в отечественной установке это будет либо аустенитная, либо феррито-мартенситная сталь ЭК-181 (по западной классификации Rusfer). Однако, среди прочих, остается серьезная проблема – необходимо создать термостойкое неразъемное соединение стали и вольфрама для элементов первой стенки и дивертора будущего реактора, которые будут находиться под нагрузками выше 2 МВт/м2 и нейтронным облучением.

Для этой цели необходимо было не просто получить новый сплав-припой из малоактивируемых элементов и отработать режимы пайки вольфрама со сталью, но и понять области применения таких паяных соединений в среде изотопов водорода – топлива термоядерных реакторов. Этим занялась группа ученых в НИЯУ МИФИ: совместными усилиями кафедр физических проблем материаловедения и физики плазмы был разработан припой TiZr4Be для пайки вольфрама со сталью ЭК-181 и определены условия применения таких паяных соединений в водородной среде.

«Так как материалы должны быть еще и малоактивированные, то 2/3 таблицы Менделеева в таких установках применять нельзя. Нужно разрабатывать припой с определенной температурой плавления и подобрать такой режим пайки, который позволял бы соединить очень разные по своим свойствам материалы, в частности по коэффициенту термического расширения – вольфрам и сталь. Иначе при быстрых изменениях температуры в соединении могут возникнуть трещины, и обращенные к плазме элементы стенки реактора просто-напросто разрушатся», – рассказывает Алексей Сучков, доцент Института ядерной физики и технологий НИЯУ МИФИ.

Топливо термоядерных реакторов – это смесь изотопов водорода, дейтерия и трития, последние могут накапливаться в материалах стенки. Кроме накопления радиоактивного трития с точки зрения безопасности, существует и проблема водородного охрупчивания материала, а значит, нужны специфические припои, устойчивые в среде водорода. В результате исследований российских ученых было установлено, что припой TiZr4Be с промежуточным слоем из тантала может быть использован для соединения вольфрама с малоактивируемой ферритно-мартенситной сталью.

Удержание дейтерия в соединениях W-ЭК-181 и отдельных элементах исследовалось с упором на промежуточный слой припоя. Образцы подвергались воздействию газообразного дейтерия (p = 1-104 Па, T = 300-600°C) и плазменного разряда (T = 600°C). Проводился всесторонний анализ состояния образцов после экспозиции, в том числе, при использовании синхротронного источника излучения. После плазменного облучения и после газовой выдержки при давлении 1 Па наблюдалась приемлемая концентрация дейтерия, что соответствует условиям эксплуатации будущих термоядерных устройств. Однако при повышенных давлениях захват дейтерия становился слишком большим, что приводило к разрушению припоя и всего паянного соединения.

Работа была проведена на средства грантов Российского научного фонда и Министерства науки и высшего образования.

Автор не входит в состав редакции iXBT.com (подробнее »)

12 комментариев

Добавить комментарий

P
Ну т.е. разработали припой, проверили и поняли, что он не подходит. И это важный шаг?
H
Этого достаточно для того, чтобы защитить диссертацию. Плюс ещё грант освоили.
P
Так 100500 диссертаций можно защитить;)
1
Печально. Лучше бы обратили внимание на эту перспективную установку: https://habr.com/ru/post/382695/
100382824640411462297@google
сейчас технология термоса еще на ранней стадии, пока все решения выглядят перспективными и у каждого из них есть свои проблемы, как то контроль, эффективность и прочее. В данной статье показали что даже припой для отдельных элементов приходится изобретать и скорее всего это лишь вариант решения, а параллельно проверяются другие конструкции для которых также надо изобретать тот же самый припой
P
Ах, а я ж помню, как в конце 70-х наша физичка рассказывала, что через десять лет советские учёные запустят искусственное солнце, и наступит всем щасте. ))
884982951188@odnoklassniki
Проще на керамику посадить да и дешевле.
100263896132760570919@google
Зачем опять близ Марселя? Почему мы не делаем у себя в России? Опять на санкции и воровство хотите нарваться?
T
Затем что ИТЭР — международный проект, ни одна страна в мире не осилит такой эксперимент. Как и, например, коллайдер. Столько сложные научные исследования возможны только совместными усилиями. И нормальные страны санкций не боятся, ибо не чудят
100533067923575274362@google
Либо чудят, но «им можно». Это же демократия, а не хухры-мухры...)
68145202@vkontakte
Пропаганда зашкаливает. Цунами из успехов и побед. Напоминает СССР перед распадом.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Как супервспышки на Солнце спасли молодую Землю от вечных льдов: новое объяснение теплого климата в архее

Около четырех миллиардов лет назад, в архейскую и катархейскую эры, Солнце излучало значительно меньше тепла, чем сегодня. Согласно моделям звездной эволюции, в ядре молодой звезды водород только...

Животные появились на 200 миллионов лет раньше: как они выжили на Земле-снежке

В науке о развитии жизни на Земле есть фундаментальное противоречие, которое десятилетиями разделяет геологов, палеонтологов и генетиков. Вопрос звучит просто: когда именно на нашей планете...

Почему динго не стали домашними собаками, хотя тысячи лет жили рядом с людьми

Если посмотреть на динго, трудно сразу понять, чем он отличается от обычной собаки. Рыжеватая шерсть, стоячие уши, вытянутая морда, пушистый хвост. Внешне он напоминает помесь нескольких знакомых...

Обзор программатора домофонных ключей RFID и iButton RW-1990 и TMC-02

Сделать дубликат домофонного ключа рано или поздно приходится многим владельцам квартир. Потеря, поломка или необходимость выдать ключ нескольким членам семьи — причины могут быть...

Побег от цивилизации с комфортом: что посмотреть на Азорских островах в осенний сезон

Рано или поздно каждый человек, оглядываясь, понимает: пора уходить от людей. В лес, в горы — неважно, главное, чтобы в радиусе километра надоедать могли только птички. Но в поисках...

Почему на записи с камеры 8 Мп не видно лица: ошибки при самостоятельной установке видеонаблюдения

Каких ошибок стоит избегать владельцам частных домов при выборе, подключении и настройке камер видеонаблюдения: практические советы специалиста с семилетним опытом установки камер и охранных систем