Внутренние стенки термоядерных реакторов подвергаются мощным потокам раскалённой плазмы.
Это делает выбор оптимального материала одной из главных задач для конструкторов будущих электростанций. Вольфрам — популярный материал для внутренних поверхностей токамаков, поскольку у него высокая температура плавления (3422 °C) и отличная теплопроводность.
Однако твёрдый вольфрам может локально разрушаться при кратковременном воздействии выбросов плазмы.
Для решения этой проблемы используется «жидкометаллическая» защита: участок вольфрамовой стенки покрывают тонким слоем жидкого лития, который испаряется и создаёт облако, экранирующее внутреннюю поверхность реактора от теплового удара.
Для «напитывания» вольфрама литием применяют вольфрамовую губку из спрессованных тонких проволочек. По ним жидкий металл сам, без насосов, поднимается и распространяется по поверхности стенки реактора.
Однако прикрепить такую «губку» из вольфрама с литием к стальной основе — корпусу реактора — было сложно. Точечная сварка и зажимы не обеспечивали хорошего контакта: структура перегревалась, локально оплавлялась и разрушалась.
Учёные нашли идеальное решение — сделать из стальной основы и пористой структуры единый материал, который не давал бы перегреться этой структуре с литием. Вместо распространённой стали разработчики взяли сплав никеля и железа.
Именно с таким сплавом вольфрам соединился более гармонично.
«Сплав Ni34Fe — оптимальный материал матрицы композита, — объясняет инженер кафедры №9 «Физические проблемы материаловедения» НИЯУ МИФИ Никита Попов.
— 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».