​Ученые Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) предложили защищать конструкции токамака ИТЭР (ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor) от потока термоядерных нейтронов с помощью керамики из карбида бора.
Разные типы этого материала были исследованы на экспериментальных стендах Института, после чего отчет об экспериментах был рассмотрен и утвержден экспертами ИТЭР. Результаты исследования выложены в базу данных ИТЭР.   
Международный экспериментальный термоядерный реактор ИТЭР, призванный продемонстрировать возможность использования термоядерной энергии в промышленных масштабах, будет состоять более чем из миллиона элементов, 25 из них – диагностические порт-плаги. Для примера, экваториальный порт-плаг – это 45-тонная конструкция, которая, с одной стороны, защищает оборудование от потока нейтронов и снижает радиационный фон в зонах, требующих доступа специалистов, а с другой – содержит различные диагностические системы для контроля параметров плазмы, то есть, имеет выходы в горячую область реактора.


Стандартный способ радиационной защиты в реакторах (железоводный) по различным показателям в данном случае не подходит. Для защиты оборудования от нейтронов ИЯФ СО РАН был предложен альтернативный способ – использование керамики из карбида бора.

Старший научный сотрудник ИЯФ СО РАН, кандидат физико-математических наук Андрей Шошин отметил, что железоводный способ защиты, используемый в реакторах деления, не подходит для проекта ИТЭР из-за строгих ограничений по весу всей конструкции. «Нам был нужен очень легкий материал, – пояснил он, – который эффективно захватывает как горячие нейтроны, рожденные в результате термоядерных реакций, так и медленные, рассеянные затем на элементах конструкций. Материалом, отвечающим всем требованиям, оказался бор. Точнее, одно из его самых легких соединений – карбид бора. Чтобы предложить использование керамики из карбида бора в проекте ИТЭР, мы провели элементный анализ, показавший, что материал не содержит запрещенных примесей, и доказали, что его можно использовать в вакууме».

Исследования керамики из карбида бора проводились в вакуумной лаборатории ИЯФ СО РАН. Научный сотрудник ИЯФ СО РАН, кандидат технических наук Алексей Семенов отметил, что материал, используемый для нейтронной защиты, будет находиться в вакууме, получение которого зависит не только от средств откачки, но также и от того, как газ выделяется веществом. «Чтобы показать, как керамика из карбида бора ведет себя в вакууме, – пояснил он, – мы проводили опыты по измерению коэффициента термического газоотделения для двух ее видов – горячепрессованной и свободноспеченной. Новизна экспериментов в том, что этот материал никто и никогда не использовал в вакуумных технологиях (только для создания бронежилетов). Вакуумные свойства керамики из карбида бора были малоизучены».

После проведения опытов с данным материалом ученые ИЯФ СО РАН предоставили отчет в головную организацию проекта ИТЭР, которая утвердила керамику из карбида бора как материал для нейтронной защиты.

«Будкеровский институт принимает участие во многих международных научных проектах, – прокомментировал руководитель диагностического департамента ИТЭР Майкл Уолш, – ИТЭР – не исключение. Перед специалистами из Новосибирска стояла задача – изучить материал, способный обеспечить эффективную радиационную защиту и снизить радиационный фон, при этом не утяжелив конструкцию токамака».

Керамика из карбида бора, отметил Майкл Уолш, будет использоваться в условиях высокого вакуума, поэтому для корректных результатов ученым нужно было решить сложную физическую задачу – измерить коэффициент термического газоотделения карбида бора. «С ней наши коллеги блестяще справились, – прокомментировал он, –Следующая задача – разработать технологию производства керамики из карбида бора для ИТЭР, которая позволит нарабатывать материал в больших объемах по разумной стоимости. Для ИТЭР ключевыми характеристиками при выборе материала были малый вес и способность эффективно поглощать нейтроны. Но керамика из карбида бора может использоваться и в других областях – например, в ядерной промышленности как поглотитель нейтронов, в аэрокосмической отрасли, которой необходимы новые композитные материалы с металлической матрицей, на производствах, где требуются сверхпрочные конструкции».

Подготовила Олеся Юхимчук

Источники

Эксперты ИТЭР выбрали материал для защиты от потока термоядерных нейтронов в реакторе
Институт ядерной физики имени Г.И.Будкера СО РАН, 14/03/2019
ИЯФ СО РАН
ФСМНО (sciencemon.ru), 14/03/2019
Эксперты ИТЭР выбрали материал для защиты от потока термоядерных нейтронов в реакторе
Сибирское отделение Российской академии наук (sbras.ru), 14/03/2019
Эксперты ИТЭР выбрали материал для защиты от потока термоядерных нейтронов в реакторе.
Advis.ru, 14/03/2019
Эксперты ИТЭР выбрали материал для защиты от потока термоядерных нейтронов в реакторе
Российское атомное сообщество (atomic-energy.ru), 14/03/2019
Эксперты ИТЭР выбрали материал для защиты от потока термоядерных нейтронов в реакторе
Наука в Сибири (sbras.info), 14/03/2019
Ученые выбрали материал для защиты от нейтронов в реакторе
ИА Flashsiberia, 15/03/2019
Новосибирские физики разработали керамику для радиационной защиты термоядерного реактора ITER
Новосибирские новости (nscn.ru), 14/03/2019
Эксперты ИТЭР выбрали материал для защиты от потока термоядерных нейтронов в реакторе
Российская академия наук (ras.ru), 15/03/2019
Новосибирские физики улучшили первый в мире термоядерный реактор
Московский Комсомолец # Новосибирск (novos.mk.ru), 15/03/2019
Ученые ИЯФ СО РАН нашли материал, подходящий для нейтронной защиты
Академия новостей (academ.info), 15/03/2019
Эксперты ИТЭР выбрали разработку российских ученых для защиты реактора
РИА ФАН (riafan.ru), 15/03/2019
Эксперты ИТЭР выбрали разработку российских ученых для защиты реактора
MosDay.ru, 15/03/2019
Новосибирские физики улучшили первый в мире термоядерный реактор
HOLME SPACE (holme.ru), 15/03/2019
Новосибирские физики улучшили первый в мире термоядерный реактор
Новосибирские новости (nscn.ru), 15/03/2019
Физики ИЯФ придумали, как защитить термоядерный реактор
Навигатор (navigato.ru), 17/03/2019
Эксперты ИТЭР выбрали материал для защиты от потока термоядерных нейтронов в реакторе
Polpred.com, 15/03/2019
Физики ИЯФ придумали, как защитить термоядерный реактор: Яндекс.Новости
Яндекс.Новости (news.yandex.ru), 19/03/2019

Похожие новости

  • 25/05/2017

    Большой адронный коллайдер возобновил сбор данных

    На Большом адронном коллайдере (БАК) закончились технические работы и модернизация — он возобновил сбор данных, в трех экспериментах на коллайдере участвуют исследователи НГУ и ИЯФ СО РАН. Планируемая остановка на технические работы на БАК случается в начале каждого года.
    1969
  • 20/06/2019

    Совместная работа археологов и физиков позволит закрыть «белые пятна» в древней истории Сибири

    На помощь новосибирским археологам пришли физики-ядерщики. Их уникальное оборудование позволило закрыть большое «белое пятно» истории человека на территории Новосибирской области — в эпоху каменного века.
    459
  • 22/01/2019

    Зачем в Европе хотят построить новый коллайдер?

    ​Европейский центр ядерных исследований (ЦЕРН) работает над концепцией нового коллайдера, который будет больше и мощнее ставшего знаменитым БАК. Разбираемся, для чего он нужен. В поисках Новой физикиКогда на Большом адронном коллайдере (БАК) был открыт бозон Хиггса, физики сразу заговорили, что теперь им необходима установка для более тщательного его изучения.
    1098
  • 05/09/2018

    Новосибирские физики в борьбе за «полезный» атом

    ​Мы уже обращали внимание на одно парадоксальное обстоятельство. Россия - одна из немногих стран, занимающих ведущие позиции в области ядерной физики. Здесь работают признанные во всем мире специалисты-ядерщики.
    553
  • 06/04/2017

    Германия выделит новосибирским ученым-ядерщикам 30 миллионов евро на совместные научные разработки

    Один из примеров сотрудничества - проект рентгеновского лазера, успешно развивающийся  в Гамбурге. Это оборудование, которое сможет помочь изучить структуру любого вещества одним пучком света, было изготовлено в столице Сибири.
    1716
  • 10/03/2017

    В ИЯФ СО РАН проходит собрание международной коллаборации AWAKE

    ​В Институте ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН проходит собрание международной коллаборации AWAKE, на котором обсуждается новый принцип ускорения заряженных частиц, использующий плазму и протонный пучок.
    1435
  • 05/03/2018

    Супер чарм-тау фабрика поможет выйти на новую физику

    ​Реализация проекта Супер чарм-тау фабрики в Новосибирске подтолкнет развитие технологий, необходимых для создания коллайдера, поспособствует решению мюонной проблемы и, возможно, решит загадку антиматерии и поможет выйти на новую физику.
    1219
  • 30/06/2017

    Рентгеновский лазер XFEL: мощный, быстрый, европейский

    ​27 000 импульсов в секунду - такая высокая частота повторения делает рентгеновский лазер XFEL уникальной установкой. 100 фемтосекунд - столь короткая продолжительность импульса (одна десятитриллионная доля секунды) открывает новые возможности для изучения химических и биологических систем.
    1486
  • 30/08/2018

    Новосибирские ученые знают, как разбить древность на атомы

    Озера, древние книги, иконы, кости мамонтовой фауны или доисторического человека, деревянные колоды из погребений и даже болотный торф - все эти объекты можно точно датировать, определить время их создания, появления на свет или, если речь идет о живом существе, период обитания на Земле.
    831
  • 28/02/2019

    В ЦЕРН обнаружили новую частицу, которая уточнит кварковую модель

    ​Коллаборация LHCb (CERN, Европейская организация по ядерным исследованиям), в которую входят Институт ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН (ИЯФ СО РАН) и Новосибирский государственный университет (НГУ), объявила об открытии нового состояния c-кварка и анти c-кварка – частицы ψ3(1D).
    823