В термоядерном реакторе внутренняя стенка подвергается воздействию потоков раскалённой плазмы. В таких установках учёные пытаются воспроизвести реакции, которые происходят внутри Солнца. Поэтому подбор материала для будущих энергетических установок остаётся одной из ключевых задач конструкторов, пишет «Московский комсомолец».
Для внутренних поверхностей токамаков чаще всего используют вольфрам. Этот металл плавится при температуре 3422 °C и хорошо проводит тепло. Однако при кратковременном воздействии мощных плазменных выбросов отдельные участки твёрдого вольфрама могут локально разрушаться.
Одним из способов защиты считают нанесение тонкого слоя жидкого лития. При испарении металл формирует облако, которое закрывает поверхность от резкого теплового воздействия. Для подачи лития применяют пористую вольфрамовую структуру из спрессованных тонких проволок: жидкий металл перемещается по ним самостоятельно, без насосов.
Главной проблемой оставалось соединение такой структуры со стальной основой реактора. Точечная сварка и зажимы не обеспечивали надёжного контакта, из-за чего конструкция перегревалась, частично оплавлялась и разрушалась. Разработчики решили объединить основу и пористый слой в единый материал, способный отводить тепло от вольфрамовой структуры с литием.
Вместо обычной стали для этого выбрали сплав никеля и железа, который лучше соединился с вольфрамом. Инженер кафедры №9 «Физические проблемы материаловедения» НИЯУ МИФИ Никита Попов заявил: «Сплав Ni34Fe — оптимальный материал матрицы композита. В его структуре нет ни хрупких прослоек, ни трещин, а содержание стойкого к высоким температурам вольфрама значительно выше, чем в стальных аналогах. По сути, мы придумали промежуточную прослойку между стальным корпусом реактора и вольфрамовой структурой. Получилось что-то вроде бутерброда, который не будет перегреваться и разрушаться внутри реактора».