Важный шаг к созданию термоядерного реактора-токамака — установке, с помощью которой можно будет удерживать плазму и управлять термоядерным синтезом, — сделали ученые Национального исследовательского ядерного университета (НИЯУ) МИФИ. Они предложили использовать жидкий литий как материал для внутренних стенок такого реактора.
«Применение жидкого лития помогает избежать проблем с локальным накоплением повреждений и дает поверхности элемента способность к самовосстановлению. Однако при использовании в качестве контактирующего с плазмой материала, жидкий литий будет испаряться, и необходимо будет создавать специальные коллекторы, собирающие его частицы», — рассказал сотрудник лаборатории физико-химических процессов в стенках термоядерных установок и кафедры физики плазмы НИЯУ МИФИ Степан Крат.
Однако пока вопрос выбора материала для внутренних элементов, которые должны контактировать с плазмой, остается открытым. Дело в том, что в слоях лития может накапливаться дейтерий или, как его еще называют, тяжелый водород, из-за чего образуется твердый гидридный осадок. Такое вещество может негативно влиять на работу контуров реактора. Поэтому важно подробно изучить все связанные с этим процессом моменты — от эффективности сбора лития коллектором, до количества водорода, который может накопиться в установке.
Чтобы понять, в каких условиях литиевое покрытие наиболее эффективно, исследователи в университете провели эксперименты на лабораторных стендах. Они установили, что количество дейтерия в ходе работы реактора может доходить до 30 атомных процентов. Однако больше всего его осадка образуется в слое, который нагревается до температуры более 400°C.
Ученые проанализировали результаты опытов и пришли к выводу, что наиболее эффективным тепловым режимом работы для будущих коллекторов с литиевыми элементами будет диапазон температур 250-300°C. В этих условиях эффективность сбора лития из плазмы еще высока, однако содержание дейтерия значительно меньше, чем при более высоких температурах.
Результаты исследований опубликованы в научном журнале Journal of Nuclear Materials.
