Технология химического газофазного осаждения вольфрама приблизит запуск термоядерного реактора
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.
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».
Telegram 
Дзен 
VK Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Мы много знаем о том, как цивилизации до нас строили дома и дороги, но с объектами материальной культуры дела обстоят сложнее. Ремесленные техники часто хранились в строгом секрете и могли быть случайно утрачены при неудачном стечении обстоятельств. Так случилось с ювелирной техникой цзинь чжэ сы.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Ученые Южного федерального университета исследовали новую светочувствительную молекулу и обнаружили, что она ведет себя совсем не так, как ожидалось. Благодаря необычным свойствам она может стать основой для создания умных материалов, сенсоров и лекарств, которые будут активироваться светом именно там, где нужно, например, для борьбы с опасными бактериями.
Авторы нового исследования провели сравнительный анализ видов паукообразных и выяснили, какие эволюционные и биомеханические факторы делают одних пауков быстрыми, а других — медленными. Параллельно ученые выделили из этой группы рекордсмена по скорости перемещения.
Сотрудники факультета экономических наук НИУ ВШЭ показали, что точность прогноза рождаемости в России можно улучшить почти в полтора раза, если добавить в модель динамику поисковых запросов по темам, связанным с беременностью и родами. В наиболее эффективных моделях ошибка прогноза снижается с 4,6 до 3,2%.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно