В Институте ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН предложена теоретическая модель, которая прогнозирует поведение материала при тепловой нагрузке от соприкосновения с плазмой в прототипах термоядерного реактора. Такое решение позволит предвидеть и, возможно, избежать разрушения материала.
Ранее это просчитывалось на мощных компьютерах и занимало достаточно много времени. Старший научный сотрудник Института ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН кандидат физическо-математических наук Алексей Сергеевич Аракчеев предложил использовать формулу, которая существенно ускоряет процесс.
«Наша идея состоит в том, чтобы вместо рутинных трёхмерных операций на вычислительных машинах воспользоваться упрощающими предположениями, — рассказывает учёный. — Одно из них — малая глубина прогрева за одну миллисекунду, которую длится импульс выброса плазмы на стенку. Представьте, что у вас есть метровый стержень: если вы один конец поместите в костер, то за другой сможете держаться рукой достаточно долго, потому что тепло проникает внутрь медленно, за миллисекунду — не более чем на несколько миллиметров. Если оно продвинулось на долю мм, а вы грели пятно размером в сантиметр, то у вас есть малый параметр, толщина этого нагретого слоя. Мы им воспользовались и решили задачу в этом приближении. Получилась очень простая формула, которая связывает напряжение с величиной нагрева. Она позволяет вычислить, будет ли трескаться вольфрам и его сплавы при конкретных параметрах».
Теоретическая модель Алексея Аракчеева прошла экспериментальную проверку в Германии на установках JUDITH и PSI-2, а также в ИЯФ СО РАН на открытой магнитной ловушке ГОЛ-3. Результаты немецких и новосибирских исследований по облучению вольфрама плазменным потоком подтвердили перспективность предложенного теоретического подхода.
Работы в этом направлении продолжаются. Сейчас ученые сосредоточены на разработке более совершенных методов изучения состояния материалов под тепловой нагрузкой. «К нашей работе, — поясняет А. Аракчеев, — подключились сотрудники лабораторий ИЯФ, работающие с синхротронным излучением на ускорителях института. С их помощью мы надеемся получить данные о деформации материала по рассеянию рентгеновского излучения прямо во время облучения».
Помимо исследования стойкости материалов, ИЯФ СО РАН участвует в изготовлении оборудования для установки ИТЭР. Сотрудники института разрабатывают диагностические системы, которые будут использованы на установке, и позволят определять различные параметры плазмы. Кроме того, ИЯФ занимается созданием портплагов для ИТЭР. Это устройства размером с железнодорожный вагон для нейтронной защиты и размещения диагностик.
По материалам ИЯФ СО РАН
Фото предоставлено ИЯФ СО РАН
