Не открывая реактор: новый способ очистки вольфрамовых стенок приближает термоядерную энергию

Пористые вольфрамовые плитки, пропитанные жидким литием, — один из способов защитить внутренние стенки термоядерного реактора от экстремального жара. Но производство оставляет на вольфраме примеси углерода, кислорода и азота, которые при контакте с литием образуют твердые вещества и закупоривают поры. Даже если очистить плитки сразу после производства, они снова загрязняются воздухом при установке. Об этом сообщает издание Phys.org.

Исследователи из Принстонской лаборатории физики плазмы Министерства энергетики США (PPPL), Принстонского университета и Университета штата Пенсильвания нашли способ удалять загрязнения после того, как плитки уже герметично закрыты внутри вакуумной камеры. Образцы пористого вольфрама в экспериментальной установке LTX-β обработали неоновой плазмой и нагрели примерно до 800°C. Комбинация тепла и плазмы оказалась значительно эффективнее, чем плазма по отдельности.

После обработки доля чистого металлического вольфрама на поверхности образца выросла с нуля до 87%, а доля углерода резко упала. Изменение было видно невооруженным глазом: образец из тусклого темно-серого стал металлическим серебристым. Руководительница исследования Камила Лопес Перес сначала подумала, что что-то пошло не так. «Я думала, что мы осаждаем материал на образец, что было бы ужасным результатом, — сказала она. — Затем анализ показал, что это не так. Он просто очень эффективно очищался».

Для очистки выбрали неон, а не гелий: его заряженные частицы тяжелее и лучше выбивают углерод и кислород. Тлеющий разряд применяют для очистки уже десятилетия, но никто раньше не фиксировал его работу на материалах из порошка внутри работающей термоядерной системы без контакта с воздухом. Лопес Перес также модернизировала зонд, который удерживает образец: теперь он позволяет нагревать именно образец, а не держатель, и делать более точные измерения.

Результаты опубликованы в журнале Nuclear Materials and Energy. По словам исследователей, этот метод очистки поможет будущим термоядерным системам работать с жидким литием, поскольку загрязнение материала перестанет быть препятствием. Это снимает ещё одно препятствие на пути к почти неисчерпаемой энергии. Лопес Перес пришла в PPPL по стипендии Dr. Robert A. Ellis Fellowship в 2024 году и этой осенью вернется в лабораторию уже как адъюнкт-исследователь-физик.