Внутренности термоядерных реакторов — это жестокие и хаотичные места. Новое покрытие, полученное методом холодного напыления, способно воспринимать тепло и одновременно улавливать некоторые посторонние частицы водорода, потенциально делая плазменные камеры меньшего размера и более совершенными.
Хотя ядерный синтез все еще находится на экспериментальной стадии, Запуск в этом месяце в Японии крупнейшего и самого современного в мире термоядерного реактора токамак показывает, что технология постоянно движется от теории к реальности.
В реакциях термоядерного синтеза ионизированный газообразный водород, известный как плазма, подвергается давлению и температуре, сравнимым с теми, которые наблюдаются в центре Солнца. Это заставляет атомные ядра сливаться и выделять огромное количество чистой энергии.
Создание камер, содержащих плазму, необходимую для термоядерного синтеза, было сложной задачей из-за экстремальных уровней тепла и давления, которых им необходимо достичь. . Другая проблема этого процесса заключается в том, что иногда атомы водорода могут нейтрализоваться и покинуть плазму, что ослабляет ее эффективность.
«Эти нейтральные частицы водорода вызывают потери мощности в плазме, что делает очень сложным поддержание горячей плазмы и создание эффективного небольшого термоядерного реактора», — сказал Николай Яловега, постдокторант в области ядерной инженерии и инженерной физики в Университете. Висконсин-Мэдисон (UW-Мэдисон). Яловега руководил исследованием покрытия, которое продемонстрировало способность облицовывать камеры термоядерного реактора и улавливать этот посторонний водород.
Покрытие изготовлено из металла тантала, способного выдерживать чрезвычайно высокие температуры. Тантал был напылен холодным способом на нержавеющую сталь и подвергнут воздействию условий, подобных плавлению, в которых он показал себя превосходно.
В процессе холодного напыления частицы тантала попадали на нержавеющую сталь и расплющивались, как блины. Однако даже при таком сглаживании между каждой частицей все еще остается небольшая граница, которая, как обнаружили исследователи, была идеальным каналом для улавливания ошибочных частиц водорода. Когда напыленная сталь подвергалась еще более высоким температурам, захваченные частицы водорода высвобождались, фактически обновляя материал, чтобы его можно было повторно использовать повторно.
Исследовательская группа рекламирует не только способность покрытия многократно схватываться. и выделять водород, выдерживая при этом высокую температуру и давление, а также простоту использования.
«Еще одним большим преимуществом метода холодного напыления является то, что он позволяет нам ремонтировать компоненты реактора на месте путем нанесения нового покрытия», — сказал Яловега. «В настоящее время поврежденные компоненты реактора часто приходится снимать и заменять совершенно новой деталью, что является дорогостоящим и трудоемким».
Команда планирует использовать это покрытие в осесимметричном зеркале Wisconsin HTS (WHAM). , экспериментальное устройство, которое может найти применение в термоядерной электростанции следующего поколения, которую планирует Realta Fusion, дочерняя компания UW-Madison.
«Создание тугоплавкого металлического композита с этими характеристиками хорошо контролируемого Обращение с водородом в сочетании с эрозионной стойкостью и общей устойчивостью материалов является прорывом в разработке плазменных устройств и термоядерных энергетических систем», — сказал Оливер Шмитц. «Перспектива изменения сплава и включения других тугоплавких металлов для улучшения композита для ядерных применений особенно интересна».
Шмитц — профессор ядерной инженерии и инженерной физики в Университете Вашингтона в Мэдисоне и соавтор в статье с описанием результатов, опубликованной в журнале Physica Scripta.
