Чтобы зажечь искусственное солнце: российские ученые научили металл не плавиться под высокими температурами

В МИФИ разработали новый способ получения материала для термоядерных реакторов

Композитный материал на основе вольфрама, никеля и железа, который не будет плавиться в термоядерных реакторах будущего, разработали в Национальном исследовательском ядерном университете «МИФИ». Ученые придумали способ соединить вольфрамовую сетку и стальную основу конструкции реактора в единый элемент. Соответствующая работа была опубликована на днях в журнале «Перспективные материалы».

Представьте себе внутреннюю стенку термоядерного реактора — установки, в которой учёные пытаются воспроизвести реакции, идущие в недрах Солнца. На эту стенку обрушиваются потоки раскалённой плазмы. Именно поэтому выбор оптимального материала одна из главных проблем конструкторов будущих электростанций.

Сегодня самый популярный материал для внутренних поверхностей токомаков — вольфрам: у него рекордно высокая температура плавления (3422 °C) и отличная теплопроводность. Но у твёрдого вольфрама есть слабое место: он локально разрушается, если на отдельные его участки даже кратковременно обрушиваются  выбросы плазмы, обладающие колоссальной энергией.

Тут приходит на помощь идея «жидкометаллической» защиты: если покрыть участок вольфрамовой стенки тонким слоем жидкого лития, тот испаряется и создаёт облако, экранирующее внутреннюю поверхность реактора от теплового удара. Чтобы «напитать» вольфрам литием, используют вольфрамовую губку из спрессованных тонких проволочек, – по ним жидкий металл литий сам, без насосов, поднимается и распространяется по поверхности стенки реактора.

Проблема заключалась в том, что такую «губку» из вольфрама с литием сложно было прикрепить к стальной основе – корпусу реактора. Точечная сварка и зажимы, как показали эксперименты, не обеспечивают хорошего контакта: структура перегревается, локально оплавляется и разрушается. В итоге ученые нашли идеальное решение — cделать из стальной основы и пористой структуры один (или единый) материал, который не давал бы перегреться этой структуре с литием.

Правда, вместо распространенной стали разработчики взяли сплав никеля и железа. Именно с таким сплавом вольфрам соединился более гармонично.

Комментарий инженера кафедры №9 «Физические проблемы материаловедения» НИЯУ МИФИ Никиты Попова:

– Сплав Ni34Fe — оптимальный материал матрицы композита. В его структуре нет ни хрупких прослоек, ни трещин, а содержание стойкого к высоким температурам вольфрама значительно выше, чем в стальных аналогах. По сути, мы придумали промежуточную прослойку между стальным корпусом реактора и вольфрамовой структурой. Получилось что-то вроде бутерброда, который не будет перегреваться и разрушаться внутри реактора.

Источник: www.mk.ru