28.11.2013

Стенки будущих токамаков получат неожиданный защитный слой

Стенки термоядерных реакторов типа токамаков должны удовлетворять многим качествам: им надо хорошо проводить тепло (иначе не успеют эвакуировать его и оплавятся), быть тугоплавкими и — очень важно — слабо абсорбировать водород. По соображениям безопасности, дейтерия и трития в реакторе никогда не будет слишком много — а значит, абсорбируя чересчур много водорода, стенки поставят под угрозу работу всего устройства.

Всем названным требованиям удовлетворяет вольфрам — но, увы, лишь при нормальных условиях. Между тем при слиянии ядер трития и дейтерия, в отличие от ряда других термоядерных реакций, возникает значительное количество нейтронов, под действием которых способность вольфрама поглощать водород может резко возрасти. По некоторым оценкам — сразу на несколько порядков.

Так как же быть со строящимся 20-миллиардодолларовым ITER и его вольфрамовыми стенками?

Исследование группы учёных во главе с Рианной 'т Хоен (Rianne 't Hoen) из Фонда фундаментальных исследований материи предполагает, что для предохранения от впитывания водорода вольфрам в таких условиях следует покрыть... водородом.

Как исследователи пришли к такому выводу? Поэкспериментировав с помощью ранее созданного линейного генератора плазмы, воссоздающего некоторые условия, что существуют в термоядерных реакторах, учёные сравнили количество водорода, которое соударялось со стенками реактора, с тем, что действительно проникало через слой тяжёлого металла, и обнаружили в данных некий странный фактор, который резко снижал процент приникающего газа в сравнении с расчётным.

Оказалось, что на поверхности вольфрама быстро образовывалась плёнка толщиной в один атом водорода, после чего вероятность преодоления слоя вольфрама резко падала (до миллиона раз). Такой «естественный» механизм экранирования означает, что крупные токамаки будущего могут отказаться от дополнительных дорогостоящих мер защиты вольфрамовых стенок, не опасаясь утечки слишком большого количества топлива.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters.

Подготовлено по материалам Фонда фундаментальных исследований материи.

Александр Березин

Источники:

1. КОМПЬЮТЕРРА