Ученые Томского политехнического университета разработали новую многослойную архитектуру покрытий для элементов термоядерных реакторов. Ключевой особенностью разработки является высокая термическая стабильность и уникальная способность к «самозалечиванию» в условиях экстремальных температур и радиационного воздействия. Как поясняют в Минобрнауки РФ, это способно значительно увеличить срок службы важного оборудования термоядерных реакторов, что является одной из центральных проблем современной ядерной энергетики.
Специалисты ТПУ предложили новый подход к созданию защитных покрытий, использовав архитектуру функционально-градиентного материала на основе ниобия и циркония. В отличие от традиционных наноламинатных структур, эта разработка предполагает целенаправленное чередование слоев с разными свойствами. Как поясняет один из авторов исследования, и.о. руководителя отделения экспериментальной физики ТПУ Роман Лаптев, такая градация позволяет не просто повысить термическую устойчивость, но и эффективно управлять эволюцией дефектов. Сложная структура перенаправляет возникающие повреждения в специально созданные активные зоны, где и происходит их «самозалечивание». В обычных покрытиях зоны восстановления часто не совпадают с очагами повреждений, что резко снижает их эффективность.
Для подтверждения уникальных свойств новой архитектуры политехники провели комплексный анализ с использованием передовых методов in situ. Исследования проводились при температурах до 900 °C, что имитирует экстремальные условия работы внутри реактора. Ученые в реальном времени наблюдали за структурными изменениями и эволюцией дефектов с помощью рентгеновской дифракции и просвечивающей электронной микроскопии. Результаты доказали, что покрытие сохраняет свою многослойную структуру и плотность при интенсивном нагреве, а все происходящие фазовые переходы являются обратимыми.
Комплекс in situ анализа в сочетании с традиционными методами эксперимента позволил нам доказать, что разработанная в ТПУ архитектура покрытий устойчива к термическому воздействию. Благодаря обратимости фазовых трансформаций материал способен выдерживать экстремальные циклы нагрева и охлаждения без существенной деградации. Это критически важно для оценки долговечности покрытия в условиях реальной эксплуатации.
В работе приняли участие специалисты отделения экспериментальной физики Инженерной школы ядерных технологий и исследовательского ядерного реактора Томского политеха.
Ранее Наука Mail рассказывала, что исследователи Томского политехнического университета разработали инновационную технологию создания сверхпрочных алмазных покрытий для режущего инструмента.
