Версия для печати

Эксперты ИТЭР выбрали материал для защиты от потока термоядерных нейтронов в реакторе

Ученые Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН предложили защищать конструкции токамака ИТЭР (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor) от потока термоядерных нейтронов с помощью керамики из карбида бора. Разные типы керамики были исследованы на экспериментальных стендах Института, после чего отчет об экспериментах был рассмотрен и утвержден экспертами ИТЭР. Результаты исследования выложены в базу данных ИТЭР.

Международный экспериментальный термоядерный реактор ИТЭР, призванный продемонстрировать возможность использования термоядерной энергии в промышленных масштабах, будет состоять более чем из миллиона элементов, 25 из них — диагностические порт-плаги. Для примера, экваториальный порт-плаг — это 45-тонная конструкция, которая, с одной стороны, защищает оборудование от потока нейтронов и снижает радиационный фон в зонах, требующих доступа специалистов, а с другой — содержит различные диагностические системы для контроля параметров плазмы, то есть, имеет выходы в горячую область реактора.

Стандартный способ радиационной защиты в реакторах (железоводный) по различным показателям в данном случае не подходит. Для защиты оборудования от нейтронов ИЯФ СО РАН предложил альтернативный способ — использование керамики из карбида бора.

Старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН кандидат физико-математических наук Андрей Шошин отметил, что железоводный способ защиты, используемый в реакторах деления, не подходит для проекта ИТЭР из-за строгих ограничений по весу всей конструкции. «Нам был нужен очень легкий материал, — пояснил он, — который эффективно захватывает как горячие нейтроны, рожденные в результате термоядерных реакций, так и медленные, рассеянные затем на элементах конструкций. Материалом, отвечающим всем требованиям, оказался бор. Точнее, одно из его самых легких соединений — карбид бора. Чтобы предложить использование керамики из карбида бора в проекте ИТЭР, мы провели элементный анализ, показавший, что материал не содержит запрещенных примесей, и доказали, что его можно использовать в вакууме».

Исследования керамики из карбида бора проводились в вакуумной лаборатории ИЯФ СО РАН. Научный сотрудник ИЯФ СО РАН кандидат технических наук Алексей Семенов отметил, что материал, используемый для нейтронной защиты, будет находиться в вакууме, получение которого зависит не только от средств откачки, но также и от того, как газ выделяется веществом. «Чтобы показать, как керамика из карбида бора ведет себя в вакууме, — сказал он, — мы проводили опыты по измерению коэффициента термического газоотделения для двух ее видов — горячепрессованной и свободноспеченной. Новизна экспериментов в том, что этот материал никто и никогда не использовал в вакуумных технологиях (только для создания бронежилетов). Вакуумные свойства керамики из карбида бора были малоизучены».

После проведения опытов с данным материалом ученые ИЯФ СО РАН предоставили отчет в головную организацию проекта ИТЭР, которая утвердила керамику из карбида бора как материал для нейтронной защиты.

«Будкеровский институт принимает участие во многих международных научных проектах, — прокомментировал руководитель диагностического департамента ИТЭР Майкл Уолш, — ИТЭР — не исключение. Перед специалистами из Новосибирска стояла задача – изучить материал, способный обеспечить эффективную радиационную защиту и снизить радиационный фон, при этом не утяжелив конструкцию токамака».

Керамика из карбида бора, отметил Майкл Уолш, будет использоваться в условиях высокого вакуума, поэтому для корректных результатов ученым нужно было решить сложную физическую задачу — измерить коэффициент термического газоотделения карбида бора. «С ней наши коллеги блестяще справились, — сказа Марк Уолш. — Следующая задача — разработать технологию производства керамики из карбида бора для ИТЭР, которая позволит нарабатывать материал в больших объемах по разумной стоимости. Для ИТЭР ключевыми характеристиками при выборе материала были малый вес и способность эффективно поглощать нейтроны. Но керамика из карбида бора может использоваться и в других областях — например, в ядерной промышленности как поглотитель нейтронов, в аэрокосмической отрасли, которой необходимы новые композитные материалы с металлической матрицей, на производствах, где требуются сверхпрочные конструкции».

Пресс-служба ИЯФ СО РАН

Источник: Наука в Сибири