В проект международного термоядерного реактора внесли изменения

Международная группа физиков и инженеров, работающая на строительстве международного термоядерного реактора ITER, внесла в проект изменения. Согласно новому предложению, ответственный за обновление состава плазмы дивертор будет сделан вольфрамовым, а не из углеродного композиционного материала. Подробности приводит ScienceInsider.

Для термоядерного синтеза плазму потребуется нагреть до 150 миллионов градусов, а выделение энергии в ITER планируется довести до 500 мегаватт. Предложение инженеров затрагивает деталь, которая напрямую взаимодействует с плазмой, поэтому вопросам устойчивости к повышенным температурам и нейтронным потокам было уделено особое внимание. Предварительные исследования показали, что существует лишь несколько вариантов: углерод (и композиционные материалы на его основе), вольфрам или бериллий. Каждый из вариантов имел свои достоинства и недостатки, поэтому в первоначально утвержденном проекте речь шла о комбинированном диверторе. Большая часть его должна была быть сделана из углерода, а часть предлагалось выполнить из вольфрама.

Углеродная конструкция обещала быть более стойкой к повышенным температурам, однако именно от нее решено было в итоге отказаться. Целиком вольфрамовый дивертор предпочли по двум причинам. Во-первых, углерод дает много пыли, которая загрязняет плазму: вольфрам тоже мешает термоядерной реакции, но изготовленные из него детали при нагреве и облучении пылят меньше, не так загрязняя плазму при нормальной работе установки. Во-вторых, углеродные конструкции впитывают водород и его изотопы, включая радиоактивный тритий. Это значит, что сразу после начала работ с реальным термоядерным топливом весь углеродный дивертор станет радиоактивным.

В ITER ученые намерены зажечь плазму, в которой ядра дейтерия будут сливаться с ядрами трития. По сравнению с ядерными реакторами токамак едва ли не безвреден, но впитавшие тритий и облученные нейтронами (продуктами реакции) детали все равно потребуют специальной утилизации. Работающая над проектом группа инженеров изначально планировала сначала испытать вольфрам-углеродную конструкцию, а потом поменять ее на какой-то иной вариант, однако радиоактивность отработанного дивертора внесла в эти планы коррективы. Конструкторы рассудили, что всякая работа с источниками ионизирующего излучения вносит дополнительные сложности, поэтому вначале лучше обойтись без операций, которые сопряжены с лишним риском.

Вольфрам, по словам ученых, тоже не лишен недостатков. Его значительно сложнее обрабатывать, а свойства металла, который расплавился в условиях близости к плазме и затем снова застыл, толком неизвестны: есть указания на то, что стенки дивертора со временем станут хрупкими. Однако предварительные данные, полученные на британском токамаке Joint European Torus, показали стабильность подобной конструкции по крайней мере в первый год эксплуатации в установке меньшего размера.

При помощи дивертора инженеры решают две задачи. Через него из камеры токамака удаляются продукты реакции и вдобавок он помогает удерживать плазменный тор в заданной конфигурации. В термоядерных установках другого типа такой детали нет, однако на сегодня именно токамаки считаются многими физиками наиболее перспективными с точки зрения управляемого термоядерного синтеза. Альтернативными подходами являются магнитные ловушки иной конфигурации, а также импульсные лазерные системы.