Новые металлические сплавы открывают путь к энергии термоядерного синтеза

Ученые из США ведут работу над созданием сверхпрочных металлических сплавов, способных выдержать чудовищные температуры, аналогичные солнечному жару в недрах ядерного синтеза. В лаборатории Университета Майами инженер-механик Джакомо По с помощью сфокусированного ионного луча создает металлические структуры в сотни раз меньше человеческого волоса, чтобы изучить их поведение под воздействием экстремальных нагрузок и высокой температуры. Цель этих наноразмерных экспериментов — помочь в создании материалов для будущих термоядерных реакторов, что является ключом к получению чистой и практически безграничной энергии синтеза.

Как отметил По, термоядерная энергия — это своего рода Святой Грааль, за которым ученые гонятся десятилетиями. Однако для воплощения этой мечты необходимы материалы, способные выдерживать температуры в десятки миллионов градусов, постоянное радиационное облучение и экстремальное давление. На сегодня основным кандидатом является вольфрам, известный своей тугоплавкостью, но даже у него есть пределы прочности. Поэтому исследователи обращаются к новому классу материалов — высокоэнтропийным сплавам, состоящим из пяти или более элементов в почти равных пропорциях. Эти сплавы обладают выдающейся прочностью, устойчивостью к коррозии и стабильностью при высоких температурах, но их поведение под длительным воздействием радиации, так называемая «радиационная ползучесть», остается малоизученным. Ученым необходимо понять, как долго такие сплавы смогут прослужить в условиях термоядерного реактора, не становясь хрупкими.

Для поиска ответов По и его команда сочетают эксперименты по деформации материалов внутри электронного микроскопа с передовым компьютерным моделированием. Этот подход позволяет перевести наблюдаемые явления в теоретические модели и уравнения, которые проверяются в том же масштабе. Если модели подтвердятся, это даст лучшее понимание производительности сплавов и путей их улучшения. По подчеркивает, что его работа — лишь один элемент глобальных международных усилий, в которые вовлечены команды из США, Китая, Японии, Индии, Южной Кореи и Европейского Союза, а частные инвестиции в термоядерные стартапы за последние годы превысили 10 миллиардов долларов.

Недавние прорывы, такие как достижение чистого прироста энергии на Национальном комплексе зажигания в Калифорнии и рекордный выброс энергии на Joint European Torus в Великобритании, приближают мечту о термоядерной энергетике. Как пояснил По, в отличие от деления, которое расщепляет атомы и производит радиоактивные отходы, синтез заключается в объединении легких ядер, что высвобождает колоссальную чистую энергию. Он описал будущее, в котором энергосети питаются от стабильного, дешевого и обильного источника, не зависящего от ископаемого топлива или капризов погоды, электромобили практически не требуют затрат на зарядку, а опреснение океанской воды становится реальностью. Именно в этом заключается обещание термоядерной энергии.