Эффективность очистки вольфрама достигает 87%
Ученые разработали новый способ очистки внутренних стенок термоядерных реакторов без их вскрытия и нарушения вакуума. Эта технология может стать одним из важных шагов на пути к созданию коммерческих термоядерных электростанций, где обслуживание оборудования должно быть максимально быстрым и безопасным.
В современных экспериментальных термоядерных установках для защиты внутренних стенок применяются пористые вольфрамовые плитки, пропитанные жидким литием. Такая конструкция помогает выдерживать экстремальные температуры плазмы и эффективно отводить тепло.
Со временем на поверхности вольфрама накапливаются углерод, кислород и азот. Взаимодействуя с жидким литием, эти примеси образуют твердые соединения, которые закупоривают поры материала. В результате циркуляция лития ухудшается, а защитное покрытие постепенно теряет эффективность.
До сих пор очистка таких элементов после установки была практически невозможна. При контакте с воздухом материал очень быстро повторно насыщается кислородом и углекислым газом, поэтому для восстановления его свойств требовались сложные процедуры.
Команда специалистов из Принстонской лаборатории физики плазмы, Принстонского университета и Университета штата Пенсильвания предложила очищать защитные плитки прямо внутри герметичного реактора. Для этого образцы помещали в вакуумную камеру экспериментальной установки LTX-β, где одновременно обрабатывали их низкотемпературной неоновой плазмой и нагревали до 800 °C.
Выбор неона оказался неслучайным. Его тяжелые ионы эффективно выбивают с поверхности атомы углерода и кислорода, а высокая температура помогает загрязнениям выйти из глубины пористого материала, после чего плазма окончательно удаляет их с поверхности.
Испытания показали, что комбинированная технология значительно превосходит по эффективности обработку одной лишь плазмой. До очистки поверхность практически полностью была покрыта загрязнениями, а после обработки доля чистого металлического вольфрама достигла 87%. При этом образцы заметно изменили внешний вид, став из темно-серых ярко-серебристыми.
Дополнительный анализ подтвердил, что новая методика очищает не только поверхность, но и внутренние каналы пористого вольфрама. Это позволяет сохранить свободную циркуляцию жидкого лития без необходимости разгерметизации реактора.
Физики считают, что разработанная технология способна заметно упростить обслуживание будущих термоядерных электростанций, повысить надежность защитных систем и приблизить момент, когда термоядерная энергетика станет коммерчески доступной.