На днях команда Юго-Западного института физики Китайской национальной ядерной корпорации (CNNC) добилась важных успехов в области технологий обработки стенок международного термоядерного экспериментального реактора (ITER): она успешно прошла финальную оценку дополнительного проекта (Delta FDR) системы очистки с помощью тлеющего разряда (GDC) с постоянными электродами, а также, возглавив консорциум и совместно с CNNC-23, выиграла тендер и подписала во Франции контракт на проектирование и изготовление системы борирования и системы газоснабжения рентгеновского кристаллического спектрометра (XRCS). Это знаменует собой новое расширение компетенций китайской команды в области ключевых технологий обработки стенок ITER: сфера деятельности расширилась с прежней очистки тлеющим разрядом до борирования стенок, что обеспечило полную технологическую цепочку — от удаления примесей до предварительной обработки поверхности, — создавая ключевую гарантию для работы первой стенки ITER из чистого вольфрама.
Обе задачи напрямую связаны со стратегическим проектным изменением, принятым ITER в 2023 году, — заменой первой стенки с металлического бериллия на металлический вольфрам. Вольфрам, хотя и устойчив к высоким температурам, выделяет примеси, которые сильно загрязняют плазму; особенно на чувствительной стадии запуска разряда даже微量 примесей могут привести к неконтролируемым радиационным потерям энергии. Выступая в роли «мощного пылесоса» внутри вакуумной камеры ITER, система GDC, за которую отвечает китайская команда, генерирует холодную плазму с помощью тлеющего разряда, бомбардируя и удаляя остаточные газы и примеси, адсорбированные на стенках. В ходе специальной экспертизы Delta FDR была решена проблема технологической реализуемости изготовления электродов в сложном пространстве, что устранило последнее препятствие на пути системы GDC от чертежей к промышленному производству.
В то же время новая выигранная система борирования выполняет роль прецизионного «нанесения поверхностного покрытия». Для снижения риска загрязнения примесями от полностью вольфрамовой стенки эта система с помощью осаждения, активируемого тлеющим разрядом, наносит на все поверхности, обращенные к плазме, борную пленку толщиной всего 10–100 нанометров. Эта борная пленка с низким атомным номером, с одной стороны, служит физическим барьером, эффективно подавляя распыление и выделение вольфрамовых примесей с высоким атомным номером, а с другой — подобно губке, эффективно захватывает и «впитывает» примеси кислорода, углерода и другие, выходящие со стенок, предотвращая их попадание в ядро плазмы и вызывающее радиационное охлаждение. Стоит отметить, что конструкция этой системы борирования будет основана на опыте испытаний на нескольких существующих токамаках, будет впервые применена в крупномасштабной установке ITER и будет совместима с будущей средой эксплуатации с тритием, что обеспечит гарантию экспериментальной работы установки ITER.
Согласно условиям контракта, консорциум возьмет на себя полный цикл задач — от детального проектирования, изготовления оборудования до монтажа на площадке, что в полной мере демонстрирует комплексные возможности китайской команды в области интеграции сложных систем термоядерной энергетики.
Заместитель генерального директора организации ITER Ло Дэлун в ходе общения с китайской командой высоко оценил скоординированное продвижение проектов GDC и борирования. На следующем этапе китайская команда будет строго следовать общему плану ITER, качественно выполнит изготовление и поставку электродов GDC и достигнет целевых показателей новых контрактных этапов, внося китайскую мудрость и китайскую силу в международную разработку термоядерной энергии на основе надежных технологий и выдающейся инженерной практики.