Российские ученые сделали важный шаг в разработке будущего термоядерного реактора ДЕМО

| Новость | iXBT.Market

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.

Об авторе
Редактор iXBT.com и iXBT.Market

13 комментариев

Б
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.
Б
Так 100500 диссертаций можно защитить;)
D
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
m
У лазера шансов больше, IMHO. Точность молотов 5 мкс как-то не очень внушает.
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. ))
V
Аааа, пока шаг зделали
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

Обзор двух подставок Ugreen для телефона: качественные, металлические, настраиваемые

Обзор
Подставки Ugreen LP263 подходят для телефонов или планшетов используемых в ландшафтном режиме. Подставки качественно сделаны, компактно складываются и обладают большим диапазоном угла наклона....

Обзор зарядного устройства Choetech GaN 130 Вт (PD, QC, 1×USB-A, 3×USB-C)

Обзор
Многопортовое зарядное устройство с поддержкой зарядки ноутбуков и флагманских смартфонов - это отличный выбор для замены как штатным сетевым зарядкам, так и для дополнительного питания...

Обзор Digma DiCam 850: доступная 4K-экшн-камера с аквабоксом и выносным микрофоном

Обзор
Развитие современных технологий привело к тому, что каждый человек получил возможность запечатлеть яркие события своей жизни на видео. При этом бывают моменты, когда смартфон с такой задачей может...

Съёмный микрофон и звук 7.1: обзор игровой гарнитуры Sven AP-U1100MV

Обзор
Sven выпустили приличную и надёжную игровую гарнитуру с подсветкой, защитой от перелома кабеля и удобным съёмным микрофоном. Получилось у них или нет? Давайте посмотрим поближе и узнаем....

Зарядное устройство Ugreen PD 100W CD226: фантастическая мощность в сверхкомпактном корпусе. Обзор спустя месяц эксплуатации

Обзор
Всех приветствую! В очередной раз в мои руки попалось зарядное устройство от моего любимого бренда. На моей памяти, Ugreen один из немногих производителей, который всегда заморачивался над...

Обзор портативной колонки BQ PBS1003: бумбоксомания

Обзор
Компания BQ выпустила на рынок линейку портативной акустики с защитой от воды и разноцветной подсветкой. В этом посте мы рассмотри среднеформатную модель PBS1003. Модель имеет современный дизайн,...