Физики нашли эффективный метод очистки термоядерных реакторов при 800 °C

Эффективность очистки вольфрама достигает 87%

Исследователи разработали инновационный метод очистки внутренних стенок термоядерных реакторов без их вскрытия и нарушения вакуумной среды. Эта технология может стать важным шагом к созданию коммерческих термоядерных электростанций, где техническое обслуживание оборудования должно быть максимально быстрым и безопасным.

В современных экспериментальных термоядерных установках для защиты внутренних стенок используются пористые вольфрамовые плитки, пропитанные жидким литием. Эта конструкция помогает выдерживать экстремальные температуры плазмы и эффективно отводить тепло.

С течением времени на поверхности вольфрама накапливаются углерод, кислород и азот. Взаимодействуя с жидким литием, эти примеси создают твердые соединения, которые закупоривают поры материала. В результате ухудшается циркуляция лития, а защитное покрытие постепенно теряет свою эффективность.

Ранее очистка таких элементов после установки была почти невозможна. При контакте с воздухом материал очень быстро снова насыщается кислородом и углекислым газом, поэтому для восстановления его свойств требовались сложные процедуры.

Команда ученых из Принстонской лаборатории физики плазмы, Принстонского университета и Университета штата Пенсильвания предложила проводить очистку защитных плиток 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 был не случайным. Его тяжелые ионы эффективно выбивают с поверхности атомы углерода и кислорода, а высокая температура способствует выходу загрязнений из глубины пористого материала, после чего плазма окончательно удаляет их с поверхности.

Испытания показали, что комбинированная технология значительно превосходит по эффективности обработку только плазмой. До очистки поверхность была практически полностью покрыта загрязнениями, а после обработки доля чистого металлического вольфрама достигла 87%. При этом образцы значительно изменили свой 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 полагают, что разработанная технология может значительно упростить техническое обслуживание будущих термоядерных электростанций, повысить надежность защитных систем и приблизить момент, когда термоядерная энергетика станет коммерчески доступной.