Знайдено просте рішення для створення компактних термоядерних реакторів

Група вчених з Вісконсинського університету в Мадісоні знайшла можливість зменшити розміри робочих зон термоядерних реакторів. Дослідники випробували особливе напилення для внутрішніх стінок камер реактора, яке не тільки краще відводило тепло, а й пов’язувало нейтральні атоми водню в плазмі — джерело зниження потужності плазмового шнура та шлях до передчасного припинення реакції.

«Ці нейтральні частинки водню спричиняють втрати потужності в плазмі, що робить дуже складним завдання підтримки гарячої плазми та створення ефективного невеликого термоядерного реактора», — пояснює керівник групи Микола Яловега, науковий співробітник в галузі ядерної інженерії та інженерної фізики Вісконсінського університету в Мадісоні (UW-Madison).

Для розв’язання зазначеної проблеми команда Яловеги як тугоплавке покриття внутрішніх стінок реакторної зони зазнала холодного напилення танталом. Частинки цього тугоплавкого металу розпорошувалися і розплющувалися до стану млинців на поверхні нержавіючої сталі. Таке нанесення не створювало суцільний шар металу, а залишало межі контуру кожної краплі. Саме ці прикордонні ділянки дуже легко зв’язували нейтральний водень, якщо його атоми вилітали з плазмового шнура.

Більш того, поверхню стінки з танталовим напиленням, що виробила свій ресурс, не потрібно було потім викидати або переробляти, а замість неї встановлювати новий виріб. Просте нагрівання ділянки, що відновлюється, до надвисоких температур вивільняв захоплений водень, і елемент конструкції камери знову був готовий для роботи в реакторі. Таке рішення, очевидно, помітно полегшить та здешевить ремонт термоядерних реакторів. Нарешті, технологічно просте напилення дозволить дома ремонтувати внутрішні стінки реакторної зони.

«Створення композиту з тугоплавкого металу з такими характеристиками, як добре контрольоване поводження з воднем у поєднанні з ерозійною стійкістю та загальною пружністю матеріалу, є проривом у розробці плазмових пристроїв та систем термоядерної енергетики», — сказав другий автор роботи Олівер Шмітц. — Особливо цікава перспектива заміни сплаву та включення інших тугоплавких металів для покращення композитних матеріалів для ядерного застосування».

Свою розробку дослідники випробували на університетській установці WHAM (Wisconsin HTS Axisymmetric Mirror). Установка є також випробувальним полігоном для проєктування термоядерної електростанції, чим займається компанія Realta Fusion, створена вихідцями з університету.