Ученые Института ядерной физики СО РАН предложили
теоретическую модель, которая прогнозирует поведение материала при тепловой
нагрузке от соприкосновения с плазмой в прототипах термоядерного реактора, что
позволит избежать разрушения, сообщает пресс-служба учреждения.
Одной из проблем управляемого термоядерного синтеза является
выбор материала, способного выдержать высокие тепловые, механические и
радиационные нагрузки. Наиболее перспективным для этих целей является вольфрам
и его сплавы. Он будет использоваться при
создании внутренней стенки вакуумной камеры в международном термоядерном
реакторе ИТЭР во Франции.
Предполагается, что температура плазмы в ИТЭР будет
составлять 150 миллионов градусов. В результате многократного повторения
экстремальных тепловых нагрузок материал стенки может треснуть. Ранее поведение
материала просчитывалось на мощных компьютерах. Один расчёт мог занимать
несколько дней. Старший научный сотрудник Института ядерной Алексей Аракчеев предложил
использовать формулу, которая существенно ускоряет этот процесс.
«Представьте, что у вас есть метровый стержень, если вы один
конец поместите в костер, то за другой сможете держаться рукой достаточно
долго, потому что тепло проникает внутрь медленно, за миллисекунду – не более
чем на несколько миллиметров. Если оно проникло на долю миллиметра, а вы грели
пятно размером сантиметр, то у вас есть малый параметр, толщина этого нагретого
слоя. Мы им воспользовались и решили задачу в этом приближении», — сказал
Аракчеев.
По его словам, получилась очень простая формула, которая
связывает напряжение с величиной нагрева. Она позволяет вычислить, будет ли
трескаться вольфрам и его сплавы при конкретных параметрах. Теоретическая модель
прошла экспериментальную проверку в Германии, а также в ИЯФ СО РАН на открытой
магнитной ловушке. Результаты немецких и новосибирских исследований по
облучению вольфрама плазменным потоком подтвердили перспективность
предложенного теоретического подхода.
Сейчас ученые сосредоточены на разработке более совершенных
методов изучения состояния материалов под тепловой нагрузкой. Помимо
исследования стойкости материалов, ИЯФ СО РАН участвует в создании оборудования
для установки ИТЭР. Сотрудники института разрабатывают диагностические системы,
которые будут использованы на установке, и позволят определять различные
параметры плазмы.
В институте разработаны и собственные подходы к решению
проблемы управляемого термоядерного синтеза — на базе открытых ловушек. В 2014
году на установке газодинамической ловушки была достигнута рекордная для систем
такого типа электронная температура 10 миллионов градусов.
