Ученые Росатома и НИТУ МИСИС создали инновационный композит из вольфрама и меди, который планируют использовать в прототипе термоядерного реактора — токамаке с реакторными технологиями. Материал предназначен для создания элементов дивертора, которые будут обращены к плазме. Новый материал может существенно повысить эффективность термоядерных реакторов и решить проблемы с теплопередачей в таких устройствах.
Комбинированный материал, созданный с использованием аддитивных технологий, сочетает в себе высокую теплопроводность, прочность и пластичность. Вольфрамовая матрица, полученная этим методом, устойчива к теплу. Это особенно важно для токамаков, работающих при экстремальных температурах.
Вольфрам для создания элементов токамаков выбрали благодаря высокой температуре плавления и низкому уровню удержания водородных изотопов, что способствует поддержанию эффективности термоядерной реакции. Однако его хрупкость и несовместимость с другими металлами из-за различий в коэффициентах линейного теплового расширения создавали сложности.
Чтобы решить эти проблемы, ученые использовали вольфрамовую матрицу, пропитанную медью через вакуумную инфильтрацию. Это позволило достичь плотности материала 96,7 % и улучшить его механические и теплотехнические свойства.
Механические испытания показали, что новый материал значительно более пластичен, чем чистый вольфрам, и способен выдерживать деформации до 35 % без разрушения. Несмотря на небольшое снижение теплопроводности при уменьшении размера элементарной ячейки, новый материал обладает улучшенными прочностными характеристиками, что важно для теплоотводящих компонентов токамаков.
В будущем планируется создание прототипов компонентов и проведение циклических термонагруженных испытаний, которые будут моделировать реальные условия работы термоядерных установок. Тесты позволят окончательно подтвердить эффективность материала, отметил Станислав Чернышикин, руководитель лаборатории НИТУ МИСИС.
