Ученые из лаборатории MARVEL в Федеральной политехнической школе Лозанны (EPFL) обнаружили материалы, которые могут подойти для изготовления внутренней стенки термоядерных реакторов. Исследование, в котором представлен этот метод и краткий список потенциальных материалов, было опубликовано в журнале PRX Energy.
Для термоядерных реакторов важны материалы, способные выдерживать экстремальные условия воздействия плазмы. Дивертор, критический компонент реактора, должен справляться с высокими температурами, потоками частиц и излучением. Ученые определили ключевые свойства материалов, которые обеспечат их устойчивость в этих условиях, включая энергию связи поверхности и способность к удержанию трития.
Команда использовала базу данных Pauling File, большую коллекцию известных неорганических кристаллических структур, чтобы отобрать материалы с достаточной устойчивостью к высоким температурам и оценить их свойства, такие как теплоемкость, теплопроводность и температура плавления. Результаты анализа позволили отобрать 71 кандидата. На следующем этапе проводился ручной поиск информации в литературе для проверки свойств, не представленных в базе данных, таких как эрозия и устойчивость к воздействию плазмы и нейтронов. Это позволило исключить некоторые материалы, которые ранее предлагались, например, высокоэнтропийные сплавы, из-за их недостатков.
Окончательный список включал 21 материал, среди которых оказались вольфрам в металлической и карбидной формах, графит, алмаз, нитрид бора, а также переходные металлы, такие как молибден и рений. Были найдены и неожиданные варианты, включая нитрид тантала и керамические материалы на основе бора и азота, которые ранее не тестировались в таких условиях.
По словам исследователей, следующим шагом станет использование нейронных сетей для моделирования взаимодействия материалов с нейтронами, что поможет лучше понять их поведение в условиях термоядерных реакторов и повысить эффективность будущих разработок.