Физики нашли революционный метод очистки термоядерных реакторов при 800 °C

Эффективность очистки вольфрама достигает 87%

Исследователи создали инновационный метод очистки внутренних стенок термоядерных реакторов без необходимости их вскрытия и нарушения вакуумного состояния. Эта технология может стать ключевым шагом к разработке коммерческих термоядерных электростанций, где обслуживание оборудования должно осуществляться максимально быстро и безопасно.

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

Со временем на поверхности вольфрама накапливаются углерод, кислород и азот. Взаимодействуя с жидким литием, эти примеси формируют твердые соединения, что приводит к закупорке пор материала. В итоге ухудшается циркуляция лития, а защитное покрытие постепенно теряет свою эффективность.

До настоящего момента очистка таких элементов после установки была практически невозможной. При контакте с воздухом материал быстро 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 метод очистки защитных плиток непосредственно внутри герметичного реактора. Для этого образцы помещались в вакуумную камеру экспериментальной установки LTX-β, где одновременно обрабатывались низкотемпературной неоновой плазмой и нагревались до 800 °C.

Выбор неона был обоснован. 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. Перед очисткой поверхность почти полностью была покрыта загрязнениями, а после обработки доля чистого металлического вольфрама составила 87%. При этом образцы заметно изменили свой 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 поддерживать свободную циркуляцию жидкого лития без необходимости разгерметизации реактора.

Физики полагают, что разработанная технология значительно упростит обслуживание будущих термоядерных электростанций, повысит надежность защитных систем и приблизит момент, когда термоядерная энергетика станет коммерчески доступной.