В процессе работы магнитных ловушек плазмы в них происходит эрозия стенок и образуются наноразмерные плёнки и частицы пыли. Учёные из РНЦ «Курчатовский институт» утверждают: эта пыль может благотворно влиять на работу реактора. Подробнее об этом выводе можно прочитать в статье, опубликованной в журнале «Успехи физических наук», том 180, № 10, 2010 год, сообщает Информнаука.
Токамак (ТОроидальная КАмера с МАгнитными Катушками) – это замкнутая магнитная ловушка, предназначенная для создания и удержания высокотемпературной плазмы. В таких реакторах может осуществляться управляемый термоядерный синтез – слияние лёгких атомных ядер с получением более тяжёлых и выделением энергии. Плазма – это состояние, в которое переходят все вещества при сильном нагревании (температура измеряется сотнями миллионов градусов). В плазме разрушаются не только связи между молекулами (как при испарении), но и связи между атомами и даже между ядрами и электронами атомов. Плазма состоит из заряженных частиц и поэтому может удерживаться магнитным полем. В нормальной ситуации плазма не должна прикасаться к внутренней поверхности токамака, но иногда некоторые частицы всё же достигают стенок, что приводит к эрозии.
«Наноструктуры, образующиеся в результате эрозии элементов камеры токамака, обращённых к плазме, в основном играют отрицательную роль», – пишут сотрудники Курчатовского института в статье о нанопыли, опубликованной в журнале «Успехи физических наук». В наноструктурах накапливается тритий, что наносит ущерб безопасности реактора, так как этот изотоп водорода радиоактивен, к тому же его потери приносят заметный финансовый ущерб: цена 1 килограмма трития – около 10 миллионов долларов. В случае попадания в камеру воды (в аварийной ситуации) наноструктуры могут послужить катализатором для её разложения на кислород и водород, что создаёт угрозу взрыва. Наличие радиоактивной пыли в воздухе представляет опасность для сотрудников при вскрытии реактора.
Исследование нанопыли в токамаках продемонстрировало, что образующиеся плёнки состоят в основном из углеводородов и вольфрама. Они могут быть гладкими или обладать сложным рельефом. Наночастицы могут объединяться в кластеры размером около 15 нанометров или образовывать неупорядоченную структуру. В гладких плёнках был изучен механизм поглощения изотопов водорода (дейтерия и трития) и предложен метод термодесорбции, удаления дейтерия и трития из плёнок при нагревании.
Учёные обнаружили, что пыль, образующаяся на поверхности камеры реактора, может играть и благоприятную роль: она позволяет поддерживать стабильность плазменного разряда за счёт увеличения плотности плазмы и уменьшения её температуры. Кроме того, авторы обращают внимание на сложные решётчатые наноструктуры с большой площадью поверхности, которые формируются из оседающих на поверхность реактора частиц. Возможно, этот побочный продукт работы реактора в будущем сможет использоваться в решении каких-либо других технологических задач.
Источник информации:
В. И. Кроуз, Ю. В. Мартыненко, Н. Ю. Свечников, В. П. Смирнов, В. Г. Станкевич, Л. Н. Химченко «Наноструктуры в установках управляемого термоядерного синтеза», Успехи физических наук, том 180, № 10, 2010 год.