Учёные ищут материалы, способные выдерживать воздействие раскалённой плазмы внутри термоядерного реактора. В установках такого типа пытаются воспроизвести реакции, происходящие в Солнце, поэтому внутренняя поверхность стенок испытывает экстремальные тепловые нагрузки. Как сообщает «Московский комсомолец», одной из ключевых задач конструкторов будущих электростанций остаётся создание надёжной защиты для этой зоны.
Сейчас для внутренних элементов токамаков чаще всего используют вольфрам. Этот металл плавится при температуре около 3422 градусов Цельсия и хорошо проводит тепло. Однако при кратковременном воздействии мощных плазменных выбросов его отдельные участки могут быстро повреждаться.
Одним из возможных решений специалисты считают применение жидкого лития. При нагреве он испаряется и формирует защитное облако, которое снижает воздействие теплового удара на вольфрамовую поверхность. Для равномерного распределения лития предложено использовать пористую вольфрамовую структуру из спрессованных тонких проволок: жидкий металл перемещается по ней самостоятельно, без насосного оборудования.
При этом возникла проблема с креплением такой структуры к стальной основе реактора. Испытания показали, что точечная сварка и механические зажимы не обеспечивают достаточного контакта, из-за чего конструкция перегревается, частично плавится и разрушается. Разработчики решили объединить основу и пористый слой в единый материал, который мог бы отводить тепло от вольфрама с литием.
Вместо обычной стали для этой задачи выбрали сплав никеля и железа Ni34Fe. По словам 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.»