Новая установка в ИЯФ СО РАН. Как изучают разрушение материалов в условиях термоядерной реакции

В Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН запустили уникальный экспериментальный стенд, который позволит изучать усталостное разрушение материалов при воздействии высоких температур и мощных плазменных потоков, аналогичных условиям термоядерного реактора. Исследования проводятся при поддержке Российского научного фонда.

Учёные ИЯФ СО РАН завершили создание уникальной установки, способной моделировать условия, в которых будут работать материалы первой стенки термоядерных реакторов. Эта установка воспроизводит тепловые и механические нагрузки, аналогичные тем, что возникают в токамаке, и позволяет значительно ускорить процесс их исследования. За две недели на установке можно получить до 10 миллионов импульсов нагрева, что позволяет значительно сократить время на проведение таких испытаний по сравнению с другими аналогичными установками.

Термоядерный синтез, считающийся будущим энергетики, требует надёжных материалов, которые смогут выдержать экстремальные условия внутри реактора. Материалы, которые используются в строительстве реакторов, должны удерживать раскалённую плазму, выделяющую энергию, превышающую затраты на её нагрев. Именно для этих целей и была создана новая установка, позволяющая моделировать комплексные воздействия на материалы.

«Установка позволяет воспроизвести тепловые нагрузки, сопоставимые с теми, что ожидаются в токамаке, и провести тысячи испытаний за короткое время».

• Виктор Куркучеков, старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН

Сегодня учёные сталкиваются с недостатком теоретической базы, объясняющей процессы разрушения материалов под действием комбинированных нагрузок — тепловых, ионных и нейтронных. Несмотря на отдельные исследования влияния тепловой нагрузки, стойкость материалов в условиях, когда они подвергаются воздействию различных факторов одновременно, остаётся недостаточно изученной. Новая установка, разработанная сибирскими учеными, может помочь ответить на эти вопросы.

На первом этапе испытаний учёные проверили проектные параметры установки, используя частотно-импульсный электронный пучок для нагрева. В ближайших планах — создание дополнительных систем диагностики и проведение более глубоких исследований, в том числе на материалах, предназначенных для облицовки дивертора ИТЭР. Эти эксперименты помогут определить пределы применимости вольфрама и других материалов в условиях термоядерных реакторов.

«Термоядерная энергетика предлагает потенциально неисчерпаемые запасы топлива и высокую эффективность, но её освоение требует решения множества сложных задач».

• Виктор Куркучеков, старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН

Эти исследования дадут учёным возможность лучше понять, как материалы ведут себя в экстремальных условиях, и предложить новые решения для будущих термоядерных реакторов.