Великобритания сделала важный шаг на пути к созданию прототипа термоядерной электростанции к 2040 году. Новый исследовательский проект DIADEM призван решить одну из ключевых технических проблем в развитии термоядерной энергетики – создание материалов, способных выдерживать экстремальные температуры, сравнимые с центром Солнца.
Решение парадокса 3000°C
В сердце термоядерного реактора материалы должны выдерживать интенсивные магнитные поля и температуру до 3000°C. Инженеры давно знают, что вольфрам (который не плавится легко) и медь (которая быстро отводит тепло) являются идеальным дуэтом для этих условий. Однако их объединение представляет собой металлургический кошмар - из-за разных температур плавления и коэффициентов расширения они обычно трескаются или расслаиваются при соединении традиционными методами сварки или литья.
Металоматериалы будущего
Центр аддитивного производства Университета Ноттингема обходит традиционные ограничения, используя технологию Multi-Metal Laser Powder Bed Fusion (MM-LPBF). Вместо попыток сварить два металлических блока вместе, они одновременно печатают их с нуля с помощью 3D-печати.
Это «молекулярное смешивание» создает то, что исследователи называют металоматериалами. Контролируя состав металла на микроскопическом уровне, DIADEM может создать плавный переход между вольфрамом и медью, устраняя слабые «швы», которые обычно приводят к отказу компонентов.
«Соединение двух разнородных металлов было критической проблемой для термоядерного сектора, где способность смешивать два металла вместе является императивом для прогресса в этой области», – заявил профессор Ричард Хейг, директор Центра аддитивного производства.
Он добавил, что, хотя термоядерный синтез является непосредственной целью, эта технология 3D-печати материалов в конечном итоге преобразует авиационные двигатели и высокотехнологичные медицинские имплантаты.
Стратегическая дорожная карта до 2040 года
Проект является критически важным элементом для STEP (Spherical Tokamak for Energy Production) – флагманской программы Великобритании по коммерциализации термоядерного синтеза. Партнерство DIADEM объединяет Управление по атомной энергии Великобритании (UKAEA) с промышленными гигантами, такими как Rolls-Royce.
Инициатива поддерживается программой Adventurous Manufacturing Совета по исследованиям в области инженерных и физических наук (EPSRC), что сигнализирует о стратегическом сдвиге в сторону высокорискового, но высокодоходного инжиниринга.
Проект направлен на перевод термоядерного синтеза из научной теории в «коммерческую реальность» путем создания деталей, которые будут более долговечными и энергоэффективными, чем все существующее в настоящее время. С этой задачей Великобритания стремится не только обеспечить энергией свою собственную сеть, но и стать глобальным экспортером специализированного оборудования, необходимого для перехода к чистой энергии.