МАТЕРИАЛЫ ОБРАЩЕННЫХ К ПЛАЗМЕ КОМПОНЕНТОВ ТЕРМОЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ-ТОКАМАКОВ: ТРЕБОВАНИЯ, ТЕРМОСТАБИЛИЗАЦИЯ, ИСПЫТАНИЯ (ОБЗОР)

摘要

Представлен обзор результатов экспериментальных исследований внутрикамерных компонентов и обращенных к плазме материалов, предлагаемых для использования в термоядерном реакторе. Внутренние компоненты термоядерного реактора будут испытывать различные тепловые нагрузки, связанные с температурными градиентами, локальной дозой облучения с энергетическим спектром нейтронов термоядерной реакции. Срок службы систем будет определяться стойкостью материалов к нейтронным и тепловым нагрузкам. Одной из серьезных проблем при реализации термоядерной электростанции является проблема отвода тепла. Охлаждение компонентов может осуществляться как газом, так и жидкостью, в том числе солевыми растворами и жидкими металлами. Параметры теплоносителей, систем теплообмена и охлаждения будут принимать такие значения, которые в настоящее время пока не достижимы. Многообразие имеющихся конструктивных проработок, предлагаемых в российском и зарубежных проектах, необходимо обосновывать с позиций теплообмена. Параметры тепловой и нейтронной нагрузки будут определять выбор материалов систем термоядерного реактора. В сооружаемом международном термоядерном экспериментальном реакторе ITER (от англ. international thermonuclear experimental reactor) будут использоваться конструкции, материалы и технологии, которые прошли основные испытания. В системах охлаждения ITER будет применяться вынужденная однофазная конвекция турбулентного потока воды, интенсификация теплообмена будет осуществляться путем внутреннего оребрения и закрутки потока. Теплозащитная облицовка обращенных к плазме внутрикамерных компонентов в зонах наибольшей плазменно-тепловой нагрузки будет изготовлена из вольфрама. При проработке проекта демонстрационного реактора следующего поколения (ДЕМО) потребуется дополнительно развить технологии создания бланкета и решить проблему трансформации тепловой энергии в электрическую. Выбор материалов для ДЕМО должен быть основан на учете высокой дозы облучения нейтронами с энергетическим спектром термоядерной реакции и критически высоких тепловых нагрузок на внутрикамерные компоненты, обращенные к плазме. Предстоит разработать и испытать новые материалы для создания термоядерного реактора ДЕМО и решить вопросы их промышленного производства.