Сталь термоядерного класса способна на порядок снизить производственные затраты и повысить эффективность будущих термоядерных электростанций.

Всего за первый год работы консорциум NEURONE (Neutron Irradiation of Advanced Steels) совершил первый в Великобритании прорыв. Группа успешно произвела термоядерную ферритно-мартенситную сталь с пониженной активацией (RAFM) в промышленных масштабах с помощью семитонной электродуговой печи (EAF) в Институте обработки материалов (MPI) в Мидлсбро.

Дэвид Боуден, руководитель группы по материаловедению и инженерии в UKAEA и руководитель программы NEURONE, пояснил:

Одной из основных задач, связанных с получением энергии термоядерного синтеза, является разработка конструкционных материалов, способных выдерживать экстремальные температуры (по крайней мере, до 650°C) и высокие нейтронные нагрузки, необходимые для будущих термоядерных энергоустановок.

Консорциум NEURONE: Революционные достижения

Консорциум NEURONE — это коллаборация стоимостью 12 млн фунтов стерлингов между отделом материалов UKAEA и академическими и промышленными партнерами по всей Великобритании, а также международными партнерами, которые предоставляют доступ к установкам для нейтронного облучения.

NEURONE был создан для исследования, испытания и разработки стали термоядерного класса, способной работать при более высоких температурах по сравнению с обычными аналогами.

Это позволит максимально увеличить возможности термоядерных установок по выделению тепла, которое используется для питания турбин и создания электроэнергии, повышая общую эффективность термоядерных электростанций.

NEURONE планирует производить усовершенствованные варианты стали RAFM, способные работать при температуре до 650°C, что является труднодостижимой целью, учитывая физику поведения облученных материалов в твердом состоянии, — заявил доктор Боуден.

Разработка таких типов стали может также принести пользу смежным отраслям, где требуются высокопрочные и высокотемпературные конструкционные стали, например, ядерному делению или нефтехимии.

Он продолжил:

В рамках программы планируется также произвести оптимизированный усовершенствованный сплав RAFM с использованием электродуговой печи в масштабах, аналогичных многотонному объему производства лучшей термоядерной стали RAFM, разработанной в ЕС (EUROFER 97).

Преимущества термоядерной стали

Высокие температуры и уровни радиации, вызванные высокой нейтронной нагрузкой, возникают в результате термоядерной реакции. Поэтому конструкционные материалы играют важную роль в поддержании целостности термоядерной электростанции в этих условиях.

Сталь термоядерного класса, изготовленная по технологии EAF, с улучшенными протоколами очистки и термомеханической обработки, способна значительно снизить себестоимость производства по сравнению с традиционными аналогами RAFM в десять раз, используя существующую и легко масштабируемую инфраструктуру в цепочке поставок.

MPI руководил испытаниями, которые позволили изготовить, протестировать и проанализировать специализированные высокотемпературные стали сначала в лабораторных условиях, а затем провести промышленные испытания на своей EAF.

Поскольку мы являемся единственным британским сталелитейным исследовательским центром, способным производить сталь RAFM в таких масштабах, это революционный момент для исследований и разработок в области ядерного синтеза, — сказал Ричард Бирли, руководитель проекта NEURONE в MPI.

Доктор Боуден добавил:

Производство 5,5 тонн термоядерной стали закладывает основу для экономически эффективного производства таких видов термоядерной стали для будущих коммерческих термоядерных программ.

Возможности для производителей стали

Компания NEURONE также изготовила более 50 различных вариантов усовершенствованного ферритно-мартенситного стального сплава с пониженной активностью (ARAFM) для анализа.

Были разработаны новые подходы к анализу повреждений материалов, а также собраны данные о производительности небольших первоначальных лабораторных плавок материала массой от 100 до 400 граммов.

У британских производителей стали есть потенциальная возможность в будущем участвовать в деятельности консорциума NEURONE, рассматривая различные аспекты производства стали ARAFM, такие как ковка, прокатка и разработка оптимизированных параметров процесса.

Ранее ученые разработали менее токсичный метод производства стали с помощью графена.