Техника - молодёжи 1979-12, страница 6

Процессы, которые ведут к неприятным последствиям, — это физическое, химическое распыление и так называемый блистеринг, шелушение. Наряду с ними имеется, видимо, менее значительный эффект нейтронного распыления.

Распыление страшно не только из-за того, что, как мы уже говорили, появляются примеси. Становится иной и структура материала, а это уже ведет к изменению его оптических, а значит, и тепловых свойств. Может даже появиться нарушение теплового режима стенки со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Блистеринг наиболее интенсивно происходит в определенном интервале температур от 0,2 до 0,5 Т пл (температуры плавления материала). Физическая природа шелушения достаточно ясна. Связана она с коагуляцией нерастворимых или малорастворимых газов — гелия или водорода, попадающих в поверхностный слой из термоядерной плазмы. Они-то и образуют в приповерхностном слое пузыри — блистеры. В последнее время ученые установили, что блистерообразование и вызванное им разрушение материалов сильно зависят от чисто механических нагрузок. Если, например, какой-то участок стенки в процессе работы подвергается растяжению, скорость его разрушения за счет блистеров повышается в несколько раз. Естественно, . это обстоятельство мы должны иметь в виду при конструировании реакторов, чтобы те части установок, где сильны механические нагрузки и напряжения, были защищены в большей мере»

В результате многочисленных поисков ученым СССР и США удалось найти способы защиты и от распыления, и от шелушения.

Оба эффекта можно существенно понизить, если покрывать стенки каким-либо легким веществом. Например... алюминием. Почему? Распыление у алюминия сравнительно небольшое, невелик и блистеринг. Эта идея — сталь, покрытая алюминием, родилась в Институте металлургии АН СССР.

Эффект блистеринга в стенке, изготовленной из любого материала, можно снизить за счет специальной пластической обработки, когда в поверхностные слои вводятся так называемые дислокации — термин кристаллографии, означающий некоторое нарушение правильной структуры металла. Наличие дислокаций затрудняет образование вредоносных гелиевых пузырьков.

Покрытие лучше всего работает при температурах, составляющих немногим более пятидесяти процентов температуры плавления. В этих случаях вместо блистеров образует

ся структура, способствующая выходу внедренного плазменного гелия. Поскольку структура эта чрезвычайно похожа на плазмонапылен-ные слои, ученые решили, что подобное сходство надо использовать. Академик Н. Н. Рыкалин разработал способ, с помощью которого можно наносить плазменные покрытия на поверхность «Токама-ка». Слои уменьшают и блистеринг и распыление.

Теперь несколько слов об объемной радиационной стойкости. Пусть мы хорошо предохранили поверхность реактора. Этого явно недостаточно. Ведь не зря нейтронное излучение называют проникающим. Все другие частицы задерживаются верхними слоями стенки, проходят считанные доли миллиметра. А нейтроны способны добраться до самых отдаленных частей конструкции. Их действие многогранно и неблагоприятно. Не вдаваясь в тонкости, скажу, что в недрах конструкции почти во всем объеме происходят ядерные реа$кции. Их результаты самые разнообразные. Наиболее вредно образование водорода и гелия. О них мы уже говорили, когда касались поверхностной стойкости. Здесь дело обстоит гораздо хуже. Образующиеся атомы не могут покинуть стенку — они слишком глубоко внедрены. В результате стенка «разбухает», что резко уменьшает прочность. Как известно, гелий — инертный газ, ни к каким химическим реакциям не склонный. Деться ему некуда, отсюда и все последствия. При очень высоких температурах происходят еще худшие события. Катастрофически уменьшается срок службы стенок из-за нарушения кристаллической структуры материала за счет коагуляции гелия в пузыри. Атомы гелия начинают диффундировать по границам кристаллографических зерен, резко изменяя всю структуру вещества.

Зададим теперь риторический вопрос — что же делать?

Этот вопрос материаловедам задала сама жизнь, причем в достаточно резкой форме. И надо сказать, что задача нейтронной защиты, которая в течение многих лет доставляла неприятности реакто-ростроителям, еще не решена, хотя исследования начаты давно. Ведь нейтронное излучение характерно не только для будущих ТЯР. Реально существующие атомные реакторы наших уже довольно многочисленных АЭС также подвержены нейтронному испытанию. Но топки термоядерного синтеза будут находиться в неизмеримо худших условиях. А ведь мы только. начали разбираться в процессах, которые стимулируются радиацией.

Выходит, пока что ничего опре

деленного сказать нельзя? Нет, этот вывод слишком пессимистический. Работа проделана большая. Найдены весьма стойкие к радиации материалы — высокотемпературные сплавы, аустенитные стали. Испытаны сплавы и для низкотемпературных первых стенок.

Оказалось, что хороши титановые сплавы. Ученые выяснили, каким образом можно добиться того, чтобы возникающие гелиевые пузырьки стали менее «вредоносными».

Поскольку накопление гелиевых пузырьков велико у никеля и ряда других металлов, их следует избегать. С другой стороны, в материалах первой стенки надо использовать ванадий, ниобий, цирконий и марганец, которые отличаются тем, что обладают минимальной скоростью образования гелия при нейтронной бомбардировке. Это тоже рецепт, точнее говоря, необходимое условие для сооружения камер ТЯР.

В общем, можно сказать, что налицо кропотливая исследовательская деятельность, опять-таки обычная для ученых, занимающихся проблемами прочности. Идет работа. Без сенсаций, без каких-либо радикальных решений и резких перемен во взглядах.

Проблема слишком глубока и важна, чтобы ее атаковать в лоб.

Требуется время.

Ученые, изучающие плазму, работают сейчас чрезвычайно интенсивно. Не менее напряженная обстановка и у металловедов. Несмотря на то, что все прогнозы относят появление термоядерного электричества к началу следующего века, ждать уже некогда. И в тот день, когда физики наконец скажут: «У нас все наготове для постройки промышленного реактора термоядерного синтеза», — многочисленные коллективы, занимающиеся столь же нужными и важными, как мы только что установили, проблемами радиационной стойкости, должны подтвердить и свою готовность.

Иначе и не может быть!

Записал Б. СМАГИН

Рекомендуем прочитать:

Арцимович Л. А. Управляемые термоядерные реакции. М., Гос. изд-во физ.-мат. литературы, 1961.

Роуз Д., Кларк М. Физика плазмы и управляемые термоядерные реакции. М., Госатомиздат, 1963.

Калинин В. Ф. Термоядерный реактор будущего. М., Атомиздат, 1966.

Батанов Г. М. Физика горячей плазмы и проблема управляемого термоядерного синтеза. М., «Знание»,

4