В Великобритании начался крупномасштабный исследовательский проект DIADEM, задача которого – решение одной из основных технических проблем, препятствующих широкому внедрению термоядерной энергии. Проект направлен на разработку материалов с исключительной прочностью, способных противостоять экстремальным воздействиям, воспроизводящим условия, существующие в недрах Солнца, внутри термоядерных реакторов. Достижение целей проекта станет важным этапом в реализации плана по запуску опытного образца термоядерной электростанции к 2040 году.
Главная цель исследований – разработать технологию надежного соединения вольфрама и меди, двух металлов с существенно отличающимися свойствами. Вольфрам характеризуется крайне высокой температурой плавления, благодаря чему он способен служить эффективной тепловой защитой, в то время как медь обеспечивает отвод тепла. Тем не менее, стандартные способы сварки или литья неприменимы для соединения этих материалов, поскольку их существенно различающиеся температуры плавления и коэффициенты теплового расширения вызывают появление трещин и разрушение.
Проект DIADEM, разработанный в Центре аддитивного производства Университета Ноттингема, представляет собой новаторское решение. Специалисты используют технологию многометаллической лазерной плавки в порошковом слое (MM-LPBF) – это, по сути, высокоточное трехмерное печатание. Вместо сборки готовых металлических элементов, установка формирует деталь с нуля, последовательно сплавляя порошки обоих материалов. Благодаря этому подходу обеспечивается микроскопический контроль над составом, что позволяет создавать плавный градиент от вольфрама к меди и исключать слабые места в соединении. Получаемые гибридные структуры исследователи обозначают как «метаматериалы».
По словам профессора Ричарда Хейга, возглавляющего Центр, решение задачи соединения различных металлов имеет решающее значение для развития термоядерной энергетики. Кроме того, он указал на то, что создаваемые материалы и технологии в будущем могут быть использованы в авиационных двигателях и современных медицинских имплантатах.
Проект DIADEM представляет собой ключевой элемент национальной программы STEP, направленной на разработку сферического токамака для генерации энергии. В рамках этой инициативы Управление по атомной энергии Великобритании (UKAEA) сотрудничает с ведущими промышленными компаниями, включая Rolls-Royce, при поддержке программы Adventurous Manufacturing, финансируемой Исследовательским советом по инженерным и физическим наукам. Основная задача – обеспечить переход от лабораторных исследований к практическому применению, создавая более надежные и экономичные компоненты. Это позволит Великобритании не только реализовать собственные амбициозные планы в сфере чистой энергетики, но и занять позицию ведущего поставщика специализированного оборудования для термоядерных реакторов на мировом рынке.