• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
02.05.2023
ИФХЭ РАН
5
10 003

Технология химического газофазного осаждения вольфрама приблизит запуск термоядерного реактора

4.6

Ученые ИФХЭ РАН и НИЯУ МИФИ, подведомственных Минобрнауки России, применили технологию химического газофазного осаждения для формирования на медной подложке равномерного и низкопористого вольфрамового покрытия толщиной от 30 до 50 микрометров. Изобретение может быть использовано для создания приемной пластины дивертора токамака с концепцией «потеющей стенки» из жидкого лития.

Технология химического газофазного осаждения вольфрама приблизит запуск термоядерного реактора
Технология химического газофазного осаждения вольфрама приблизит запуск термоядерного реактора / ©Getty images / Автор: Lampronia Auxilius

Чтобы ядра в термоядерном реакторе преодолели кулоновский барьер и, соприкоснувшись, слились, нужна температура не менее 100 миллионов К. При разработке термоядерного реактора встает вопрос, как сделать стенку реактора достаточно стойкой, чтобы в ней можно было удержать такую горячую плазму.

Хотя плазма удерживается внутри реактора не механическим барьером, а с помощью магнитного поля, часть плазмы все равно атакует стенку реактора и распыляет ее. Стенка нагревается, но и плазма в этой области охлаждается до сотен тысяч кельвинов — происходят два процесса, которых для успешной работы реактора хотелось бы избежать.

Чтобы добиться равномерной температуры плазму по всему объему , была придумана концепция «потеющей стенки». На внутренней поверхности стенки дивертора создается система каналов, через которые впрыскивается жидкий литий. Литий легко плавится, зато плохо испаряется. Поэтому ядра лития меньше загрязняют плазму, чем это было бы с другими материалами. Литий — третий элемент Периодической таблицы и стоит ближе всего к водороду и гелию, что делает загрязнение плазмы атомами лития еще менее существенным.

Материал для «потеющей стенки» должен быть тугоплавким, теплопроводным, хорошо смачиваться литием, но при этом не должен с ним взаимодействовать. «Материалов, которые могут выдержать температуру в сто тысяч кельвинов, не существует в принципе. Самый тугоплавкий материал испарится на поверхности Солнца, а это всего лишь 6000 градусов, — сказал кандидат химических наук, заведующий лабораторией гетерогенного синтеза ИФХЭ РАН Владимир Душик.

— Но, поскольку плазма разрежена почти до состояния вакуума, ее теплоемкость на порядки ниже, чем теплоемкость стенки реактора. При интенсивном и эффективном охлаждении стенок реактора энергию, которая пошла бы на разрушение, можно отводить и рассеивать. Поэтому для стенки выбирают тугоплавкий материал с высокой теплопроводностью, который с противоположной стороны эффективно водо-охлаждается».

Наиболее тугоплавкий металл — вольфрам не взаимодействует с жидкими щелочными металлами. Но его теплопроводности для эффективного охлаждения недостаточно. Наибольшей теплопроводностью обладает медь. Хорошей стенки из чистой меди тоже не получается: во-первых, температура плавления меди на 2000 градусов ниже, чем у вольфрама. Во-вторых, медь при взаимодействии с плазмой атомизируется и попадает внутрь реактора. Ядра меди начнут отнимать часть кинетической энергии у ядер дейтерия и трития и ухудшать свойства плазмы. «Решение состоит в том, чтобы нанести на медную подложку вольфрамовый слой толщиной 30 мкм. Этот слой будет принимать на себя основную атаку — и плазмы, и химически активного лития», — объясняет Владимир Душик.

Преимущество метода химического газофазного осаждения в том, что создаваемое вольфрамовое покрытие не имеет пор. Это очень важно, потому что через поры может произойти взаимодействие медной подложки с агрессивной средой.

«В лаборатории гетерогенного синтеза ИФХЭ РАН давно практикуется метод химического газофазного осаждения. Этим методом можно вырастить монокристалл. Условия для появления пор отсутствуют, — продолжил Владимир Душик. — При создании тонкого вольфрамового покрытия на медной подложке задействованы все возможности и преимущества данного метода, и результат нас очень радует». Работы проведены по заказу и при содействии компании «Наука и инновации».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физической химии и электрохимии им. А.Н. Фрумкина Российской академии наук — один из ведущих химических институтов Российской академии наук. Насчитывает более 800 сотрудников, среди которых 7 академиков, 9 членов-корреспондентов РАН, более чем 100 профессоров и 260 кандидатов наук. Проводимые в ИФХЭ РАН фундаментальные и прикладные исследования характеризуются многопрофильностью и включают следующие научные направления: поверхностные явления в коллоидно-дисперсных системах, адсорбция, физико-химическая механика; супрамолекулярные и наноразмерные системы для использования в современных высоких технологиях; химическое сопротивление материалов, защита металлов и других материалов от коррозии и окисления; химия и технология радиоактивных элементов, радиоэкология и радиационная химия; электрохимия. Успехи сегодняшних исследований опираются на уникальную экспериментальную базу Центра Коллективного Пользования, позволяющую решать практически любую задачу физико-химического исследования вещества или свойств его поверхности разнообразными современными методами. В их числе: электронная микроскопия и рентгеновский микроанализ, рентгеноструктурный анализ, рентгеновское малоугловое рассеяние, атомно-адсорбционный анализ, эллипсометрия, аннигиляция позитронов, хромато-масс-спектрометрия, инфракрасная, рамановская, фотоэлектронная, электронная спектроскопия, ядерный магнитный резонанс.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Позавчера, 18:26
Татьяна

Исследуя глубоководные сообщества в районе Тихого океана, богатом железомарганцевыми конкрециями, ученые из Великобритании неожиданно обнаружили новый источник кислорода. Теперь они опасаются, что разработка этих месторождений может нарушить сложившиеся экосистемы.

Позавчера, 16:20
Татьяна

Врачи давно знают, что во время каникул и праздников растет число пациентов с нарушениями работы сердца. Причина — в неумеренном пьянстве. Две группы ученых показали, как спиртное вызывает мерцательную аритмию, а также предупредили о рисках для женщин, принимающих гормональную заместительную терапию.

12 часов назад
Алиса Гаджиева

Во время раскопок на юге Турции археологи обнаружили глиняную табличку с хорошо читаемой аккадской клинописью. Когда ее расшифровали, оказалось, что это важные хозяйственные записи, сделанные 3500 лет назад.

Позавчера, 18:26
Татьяна

Исследуя глубоководные сообщества в районе Тихого океана, богатом железомарганцевыми конкрециями, ученые из Великобритании неожиданно обнаружили новый источник кислорода. Теперь они опасаются, что разработка этих месторождений может нарушить сложившиеся экосистемы.

Позавчера, 16:20
Татьяна

Врачи давно знают, что во время каникул и праздников растет число пациентов с нарушениями работы сердца. Причина — в неумеренном пьянстве. Две группы ученых показали, как спиртное вызывает мерцательную аритмию, а также предупредили о рисках для женщин, принимающих гормональную заместительную терапию.

17 июля
Игорь Байдов

Команда китайских инженеров разработала модель магнитоэлектрического генератора, способного эффективно преобразовывать энергию падающих капель в электричество. Устройство может быть полезно для районов с повышенной сезонной влажностью. Разработка ученых в теории выглядит перспективно, но вызывает некоторые вопросы. В частности, пока не ясно, можно ли найти ей практическое применение.

25 июня
Игорь Байдов

Ученые из Китая и Бельгии воссоздали в лаборатории условия, существовавшие на Меркурии четыре миллиарда лет назад, и выяснили, что они были идеальными для образования слоя алмазов, который с течением времени становился лишь толще.

1 июля
Александр Березин

Необычный биологический вид, по оценке авторов новой научной работы, пригоден для заселения четвертой планеты без каких-либо предварительных условий — уже в том виде, в котором он существует сейчас. Поскольку речь идет о фотосинтетическом организме, он способен нарабатывать существенное количество кислорода. Интересно, что кандидат на терраформирование Марса сохранил жизнеспособность после месяца в жидком азоте.

12 июля
Александр Березин

Falcon 9 Block 5 впервые за три сотни запусков дал частично неудачный полет. Ракета выводила 20 спутников компании SpaceX, с 15 связь уже пропала, еще пять могут быть потеряны в ближайшее время.

[miniorange_social_login]

Комментарии

5 Комментариев
Термоядерный реактор? Собссно, не такая уж и сложная проблема. Наибольшие давления, достижимые подручными, так сказать средствами, легко достигаются с помощью электрогидравлического эффекта Юткина. Две пары электродов, например в тяжелой воде, с концентрирующими экранами, одновременными разрядами создают две сходящиеся ударные волны в точку между парами электродов на некотором расстоянии. А при максимальной плотности вещества, в этой точке, через нее пропускается третий разряд. Вот и весь импульсный термояд. Плотность вещества, перед третьим разрядом, выше чем в любых других импульсных установках, что и позволяет рассчитывать на выход нейтронов. Вполне дешевый источник нейтронов, позволит сжигать в бланкете и уран, и торий, и радиоактивные отходы.
Valerij Zviozdkin
07.05.2023
-
0
+
Импульсные системы попробовали бы изучить получше,потому что на токкамаках преодолеть предел Лоусона почти невозможно.Извините.Спасибо.
Homo Sapiens
04.05.2023
-
0
+
Бээ. Кто писал статью, что за ...? То в Кельвинах, то в Цельсиях. Ты уже определись. Или это ИИ в руках не умелых?
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно