Российские учёные разработали композит для охлаждения стенок реакторов
В термоядерных реакторах внутренние стенки подвергаются воздействию раскалённой плазмы. В таких установках учёные стремятся воспроизвести реакции, происходящие в Солнце. Поэтому выбор материала для будущих энергетических установок остаётся одной из важнейших задач конструкторов. Сообщает Science XXI.
Для внутренних поверхностей токамаков обычно используется вольфрам. Этот металл плавится при температуре 3422 °C и обладает хорошей теплопроводностью. Однако при кратковременном воздействии мощных плазменных выбросов отдельные участки вольфрама могут локально разрушаться.
Одним из методов защиты является нанесение тонкого слоя жидкого лития. При испарении этот металл образует облако, которое защищает поверхность от резкого теплового воздействия. Для подачи лития используется пористая вольфрамовая структура из спрессованных тонких проволок, по которым жидкий металл перемещается самостоятельно, без насосов.
Основной проблемой оставалось соединение такой структуры со стальной основой реактора. Точечная сварка и зажимы не обеспечивали надёжного контакта, что приводило к перегреву и разрушению конструкции. Разработчики решили объединить основу и пористый слой в единый материал, способный эффективно отводить тепло от вольфрамовой структуры с литием.
Вместо обычной стали был выбран сплав никеля и железа, который лучше соединяется с вольфрамом. Инженер кафедры №9 «Физические проблемы материаловедения» НИЯУ МИФИ Никита Попов отметил, что сплав Ni34Fe является оптимальным материалом для матрицы композита. В его структуре отсутствуют хрупкие прослойки и трещины, а содержание вольфрама, стойкого к высоким температурам, значительно выше, чем в стальных аналогах. По сути, была создана промежуточная прослойка между стальным корпусом реактора и вольфрамовой структурой, что позволяет избежать перегрева и разрушения внутри реактора.
