Специалисты из Германии экспериментируют с электрохимической технологией, предназначенной для нанесения чистого вольфрамового покрытия на элементы термоядерных реакторов. Основная цель — предохранить от разрушения так называемую первую стенку, являющуюся внутренней оболочкой перспективных энергетических установок, сообщает TechnObzor.
Ирина Медведева
Иллюстративное фото. Источник: Институт физики плазмы Общества Макса Планка (IPP)
Работу ведет консорциум, включающий Институт физики плазмы Общества Макса Планка (IPP) и компанию-производителя электролитов IoLiTec. Их совместные усилия направлены на разработку уникальной методики осаждения слоя чистого вольфрама, не имеющей на сегодняшний день прямых аналогов в мире.
Покрытие для работы в экстремальных условиях
Вольфрам считается оптимальным материалом для взаимодействия с плазмой благодаря своей прочности и исключительной стойкости к высоким температурам.
Компонентам реактора необходимо противостоять огромным нагрузкам — до 10 мегаватт на квадратный метр. Этот металл имеет температуру плавления свыше 3000 градусов Цельсия, что позволяет ему выдерживать экстремальный нагрев.
Однако существует сложность: вольфрам является редким элементом. Его доля в земной коре составляет лишь одну миллионную. Кроме того, он сложен в обработке и входит в группу конфликтных минералов. Изготовление из него цельных деталей не только экономически невыгодно, но и нерационально.
Более логичным решением представляется использовать деталь из легкого в обработке сплава и нанести на нее тонкое вольфрамовое покрытие. Такой подход и предложили разработчики проекта.
Вольфрам. Иллюстративное фото. Источник: sibmix.com
Расширение научных возможностей
Основная трудность заключалась в химических особенностях процесса. В традиционных водных электролитах вольфрам не осаждается на поверхность — вместо этого активно выделяется водород.
Для преодоления этого ограничения немецкие исследователи применили принципиально иную схему, задействовав безводные электролиты, созданные на основе ионных жидкостей и органических растворителей.
«В настоящее время в мире не существует иной методики электрохимического осаждения чистого вольфрама — ни в промышленных, ни в лабораторных условиях», — отмечает руководитель проекта Андреас Вайбель из Института производственной инженерии и автоматизации Общества Фраунгофера (Fraunhofer IPA).
Отказ от массивных деталей в пользу тонкопленочного покрытия решает сразу две задачи. Во-первых, создается высоконадежная рабочая поверхность. Во-вторых, сохраняются прочностные характеристики и экономическая целесообразность базовой конструкции.
Новая технология позволяет точно регулировать толщину наносимого слоя: это повышает эффективность реактора, сокращает расход дефицитного сырья и уменьшает производственные затраты.
Иллюстративное фото. Источник: Институт физики плазмы Общества Макса Планка (IPP)
Перспективы экологически безопасной энергетики
Мировая потребность в чистой энергии огромна, и термоядерный синтез рассматривается как один из наиболее перспективных долгосрочных вариантов.
В сравнении с традиционными атомными электростанциями, он производит минимальное количество радиоактивных отходов и сводит к нулю риск масштабных аварий. Внутри реакторной камеры существует перегретая плазма, температура которой превышает температуру ядра Солнца. Магнитные поля удерживают ее в центре, не позволяя контактировать со стенками. Тем не менее, даже в таких условиях интенсивное тепловое излучение и поток высокоэнергетических частиц приводят к постепенному разрушению внутренней оболочки.
Немецкая разработка позволяет преодолеть это фундаментальное ограничение. Снижая стоимость критических компонентов и решая проблему дефицита материала, инженеры приближают момент, когда термоядерный синтез станет реальным и доступным источником энергии для всего мира.
Об обеспечении безопасности реакторов и обращении с отходами атомной промышленности в Китае журнал «Химагрегаты» рассказывал в статье «Система ADS призвана решить главные проблемы атомной энергетики».