На пути к энергии звезд: в Великобритании разрабатывают материалы для экстремальных условий термоядерного реактора
В Великобритании дан старт масштабному исследовательскому проекту DIADEM, нацеленному на преодоление одного из ключевых технических барьеров на пути к коммерческой термоядерной энергии. Речь идет о создании сверхпрочных материалов, способных выдерживать экстремальные условия, аналогичные условиям в центре Солнца, внутри реакторов. Успех проекта является важной вехой на пути к запуску прототипа термоядерной электростанции к 2040 году.
Основная задача ученых — найти способ надежно соединить два принципиально разных металла: вольфрам и медь. Вольфрам обладает чрезвычайно высокой температурой плавления, что делает его идеальным для защиты от тепла, а медь эффективно отводит это тепло. Однако традиционные методы сварки или литья не подходят для их соединения из-за радикально разных температур плавления и коэффициентов теплового расширения, что приводит к растрескиванию и разрушению материалов.
Проект DIADEM, базирующийся в Центре аддитивного производства Университета Ноттингема, предлагает революционное решение. Исследователи применяют технологию многометалловой лазерной плавки в порошковом слое (MM-LPBF) — по сути, высокоточную 3D-печать. Вместо соединения готовых кусков металла установка создает деталь с нуля, послойно сплавляя порошки обоих материалов. Этот метод позволяет на микроскопическом уровне контролировать состав, создавая плавный переход от вольфрама к меди и устраняя уязвимые зоны соединения. Получаемые гибридные структуры ученые называют «метаматериалами».
Как отметил профессор Ричард Хейг, руководитель Центра, решение проблемы соединения разнородных металлов критически важно для прогресса в термоядерной энергетике. Он также подчеркнул, что разрабатываемые материалы и технологии в перспективе найдут применение в аэрокосмических двигателях и высокотехнологичных медицинских имплантатах.
Проект DIADEM является стратегическим компонентом национальной программы STEP по созданию сферического токамака для производства энергии. Инициатива объединяет усилия Управления по атомной энергии Великобритании (UKAEA) и промышленных гигантов, таких как Rolls-Royce, при поддержке программы Adventurous Manufacturing Исследовательского совета по инженерным и физическим наукам. Цель — переход от лабораторных экспериментов к коммерческой реальности, создание более долговечных и энергоэффективных компонентов. Это позволит Соединенному Королевству не только достичь собственных целей в области чистой энергии, но и стать мировым экспортером специализированного оборудования для термоядерных реакторов.