Московские ученые заставили «вспотеть» стенку термоядерного реактора и улучшили ее прочность
Ученые Института физической химии и электрохимии совместно с Национальным исследовательским ядерным университетом «МИФИ» создали материал, из которого можно будет конструировать термоядерные реакторы с «потеющей» стенкой — так называется одна из перспективных технологий, позволяющих удерживать раскаленную плазму внутри реактора. Чтобы получить «неубиваемый» материал, специалисты соединили медь с вольфрамом.
Первый в мире экспериментальный термоядерный реактор, в котором исследуют использование термоядерной энергии в промышленных масштабах, строит команда ученых из 39 стран мира. Международный проект носит название ИТЭР.
Плазма удерживается внутри реактора не стенками, как вода в стакане, а магнитным полем, но даже в этом случае стенки нагреваются до 100 тысяч градусов и выше. Никакой металл в одиночку не может выдержать такую температуру и не расплавиться. Одно из решений — концепция «потеющей» стенки, согласно которой металлическую основу пронизывают мелкие каналы — «потовые железы», — а через них подается жидкий литий. Рядом с плазмой литий будет плавиться первым и стекать, покрывая и защищая металл-основу изнутри. При этом литий не загрязнит саму плазму, потому что плохо испаряется.
Металл для стенок должен быть тугоплавким, чтобы выдерживать горячее соседство, и хорошо проводить тепло, чтобы его можно было быстро охлаждать снаружи. Важно, чтобы литий по его поверхности растекался тончайшим слоем, не образовывая капель. Этого можно достичь, если молекулы металла притягивают молекулы лития сильнее, чем последние притягиваются друг к другу. Однако вступать в химические реакции с литием металл не должен.
Чтобы получить идеальный материал для «потеющей» стенки, ученые соединили тугоплавкий вольфрам с медью, которая хорошо проводит тепло. На медь нанесли сплошное вольфрамовое покрытие толщиной 30–50 микрометров (миллионных долей метра). По словам ученых, такие стенки выдержат удар плазмой, а покрытие оградит медь от химически активного лития.
Топливом для термоядерного реактора служат изотопы водорода. При нагревании до состояния плазмы они превращаются в гелий, при этом выделяется много энергии. Запасы водорода практически неисчерпаемы, добыть топливо можно из морской воды. В отличие от ядерного, в термоядерном реакторе не образуются радиоактивные долгоживущие отходы.
