ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ И МАТЕРИАЛЫ ТЕРМОЯДЕРНЫХ РЕАКТОРОВ
Подобно тому, как это было сделано для ядерных реакторов деления (см. гл. 3), в табл. 15.4 проведена классификация основных компонентов и материалов термоядерных реакторов.
Многочисленные второстепенные компоненты и материалы, определяемые основными, могут изменяться в зависимости от типа термоядерного реактора, его конструкции, требуемых мер безопасности и экономических соображений.
Таблица 15.4. Основные узлы и материалы термоядерных реакторов
КОНСТРУКЦИОННЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Конструкционные материалы обеспечивают противодействие механическим усилиям, сохранение формы конструкций, удержание термоядерной плазмы в термоядерном реакторе. Основными материалами являются те, из которых изготовлена первая стенка вакуумной камеры, каналы теплоносителя и бланкета (окружающего камеру), радиационная защита, магнитные обмотки с их защитной конструкцией, криогенные сосуды с жидким гелием и т. п. Некоторые основные материалы и общие требования к их свойствам приведены в табл. 15.5 [19, 20]*.
*По этому вопросу - см. материалы I. II и III Всесоюзных конференций по исследованию и разработке конструкционных материалов для реактором термоядерного синтеза: Исследования и разработка материалов для реакторов термоядерного синтеза. М.: Наука, 1981: Конструкционные материалы для реакторов термоядерного синтеза. М.: Наука. 1983. Конструкционные материалы для реакторов термоядерного синтеза. М.: Наука. 1987. - Прим пер
Таблица 15.5. Общие требования и основные материалы конструкций термоядерного реактора
Общие требования | Основные материалы |
Низкое сечение захвата нейтронов | Zr, Nb, Mo, V, Ti, нержавеющая |
| сталь, AI |
Малая наведенная радиоактивность | V, Nb, Ti, нержавеющая сталь |
Высокая радиационная стойкость | V, Nb, Ti, нержавеющая сталь |
Высокая термостойкость | Ni, Ti, Nb, нержавеющая сталь |
Высокие теплопередающие свойства | Ti, Nb, Mo, нержавеющая сталь |
Высокая механическая прочность и пластичность | Mo, Ti, Nb, нержавеющая сталь |
Высокое сопротивление коррозии | Ni, Ti, Mo, нержавеющая сталь |
Совместимость с теплоносителем (литий) | Ti, V, Nb, Mo, нержавеющая |
Например, требования совместимости выбранных конструкционных материалов с литиевым теплоносителем могут отличаться от требований, предъявляемых гелиевым или водяным теплоносителем. По-видимому, Nb, V, Мо, сплавы титана и нержавеющие хромоникелевые стали удовлетворяют большинству исходных требований.
МАТЕРИАЛЫ ЗАМЕДЛИТЕЛЯ, ОТРАЖАТЕЛЯ И БЛАНКЕТА
В ядерных реакторах деления замедлитель (реактора деления на тепловых нейтронах) и бланкет илн зона воспроизводства (быстрого реактора) по своим функциям не могут быть совмещены. В термоядерном реакторе, например D—T-реакторе синтеза, материал может работать как замедлитель, отражатель и воспроизводящий материал одновременно. Например, жидкий литий-6, будучи легким элементом, может замедлять быстрые нейтроны синтеза [см. (15.16)], отражать их и, кроме того, поглощать, осуществляя реакцию воспроизводства (15.19) трития. Другими словами, в D-Т-реакторе синтеза жидкий литий-6 может выполнять одновременно функции замедлителя, отражателя и воспроизводящего материала. Кроме того, в конструкциях ТЯР жидкий литий может служить теплоносителем. Далее, в случае гибридного реактора синтеза деления быстрые нейтроны синтеза могут быть поглощены сырьевым материалом, обедненным ураном или торием, что приведет к воспроизводству делящегося топлива. Основные материалы замедлителя, отражателя и бланкета термоядерного реактора и предъявляемые к ним ядерные требования представлены в табл. 15.6.
Таблица 15.6. Требуемые ядерные характеристики и основные материалы замедлителя, отражателя и бланкета
МАТЕРИАЛЫ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ И ЗАЩИТЫ
Теплоноситель термоядерного реактора должен иметь высокую теплопроводность, большую теплоемкость, низкую точку плавления, высокую температуру кипения, малую плотность, малую вязкость и не вызывать коррозии. Кроме того, теплоноситель должен быть совместим с конструкционными материалами, материалами труб и каналов термоядерного реактора. Исходные требования и основные материалы, которые могут быть выбраны в качестве теплоносителя, приведены в табл. 15.7.
Теплоносители первичного контура охлаждения и вторичного контура в реакторе термоядерной электростанции будут различными.
Материалы защиты для термоядерного реактора в соответствии с их назначением распадаются на следующие группы:
- тяжелые и умеренно тяжелые элементы для поглощения гамма- и рентгеновского излучения и замедления быстрых нейтронов и ионов;
- легкие элементы и водородсодержащие вещества для рассеяния и замедления нейтронов и ионов;
- легкие материалы, содержащие бор, для захвата нейтронов без образования вторичного гамма-излучения.
Таблица 15.7. Общие требования и основные материалы тепло носителей термоядерных реакторов
Таблица 15.8. Общие требования я основные материалы защиты термоядерного реактора
Наиболее распространенные материалы защиты для использования в термоядерном реакторе — это свинец, сталь, бетон, бор и водородсодержащие вещества для тепловой и биологической защиты (табл. 15.8). Многие материалы защиты, часто используемые в ядерных реакторах деления, можно с успехом применять в термоядерных реакторах.
Если в термоядерном реакторе в качестве теплоносителя выбран жидкометаллический литий, расплав соли Li2BeF4 или вода, их можно рассматривать в качестве легкого вещества защиты реактора.
