Полноразмерные вольфрамовые пластины 3D-печати выдержали 74 плазменных разряда в токамаке DIII-D
Инженеры NC State, ORNL и JEOL изготовили полноразмерные пластины дивертора методом электронно-лучевой печати и подтвердили их стойкость в токамаке.
Исследовательская группа из Университета штата Северная Каролина (NC State), Ок-Риджской национальной лаборатории (ORNL) и компании JEOL Ltd. изготовила полноразмерные вольфрамовые защитные пластины и испытала их на токамаке DIII-D в Сан-Диего, сообщает engr.ncsu.edu 
engr.ncsu.eduengr.ncsu.eduengr.ncsu.eduОткрыть источник ↗. Компоненты дивертора выдержали 74 импульсных плазменных разряда с высокими тепловыми потоками и потоками частиц без разрушения поверхности engr.ncsu.eduengr.ncsu.eduengr.ncsu.eduОткрыть источник ↗. Проект прошел путь от утверждения задачи до установки готовых деталей в установку за восемь месяцев engr.ncsu.eduengr.ncsu.eduengr.ncsu.eduОткрыть источник ↗.
Печать выше температуры хрупкости
Вольфрам имеет температуру плавления 3422 °C и плотность 19,3 грамма на кубический сантиметр, что делает его базовым материалом для защиты диверторов в термоядерных реакторах, включая ITER engr.ncsu.eduengr.ncsu.eduengr.ncsu.eduОткрыть источник ↗. Традиционная механическая обработка и лазерная 3D-печать металла затруднены из-за температуры перехода из пластичного состояния в хрупкое в диапазоне от 200 до 600 °C, что приводит к растрескиванию заготовок engr.ncsu.eduengr.ncsu.eduengr.ncsu.eduОткрыть источник ↗. Авторы применили метод электронно-лучевого сплавления в порошковом слое (EB-PBF) в вакуумной камере engr.ncsu.eduengr.ncsu.eduengr.ncsu.eduОткрыть источник ↗. Высокая скорость сканирования электронного луча позволила поддерживать температуру окружающего материала выше 1400 °C на протяжении всего процесса, предотвратив появление трещин и пор engr.ncsu.eduengr.ncsu.eduengr.ncsu.eduОткрыть источник ↗.
Производственный цикл и реакторные тесты
Печать крупногабаритных пластин выполнила инженерная группа JEOL на крупноформатной установке EB-PBF в Японии, ORNL обеспечила экспертизу в области материаловедения и финансирование, а специалисты NC State выполнили финишную механическую обработку с жесткими допусками и контроль параметров engr.ncsu.eduengr.ncsu.eduengr.ncsu.eduОткрыть источник ↗. Пластины рассчитаны на эксплуатацию в зоне дивертора, принимающей тепловые нагрузки от 10 до 20 мегаватт на квадратный метр engr.ncsu.eduengr.ncsu.eduengr.ncsu.eduОткрыть источник ↗. Испытаниям полноразмерных элементов предшествовала кампания на системе DiMES в токамаке DIII-D, где компактные образцы напечатанного вольфрама выдерживали потоки около 20 мегаватт на квадратный метр с пиковыми всплесками свыше 35 мегаватт на квадратный метр engr.ncsu.eduengr.ncsu.eduengr.ncsu.eduОткрыть источник ↗.
