Reaktor MARIA wspiera badania nad syntezą termojądrową

Najnowszym projektem badawczym realizowanym w reaktorze MARIA jest testowanie komponentów budowanego w Granadzie urządzenia IFMIF-DONES (International Fusion Materials Irradiation Facility – DEMO Oriented Neutron Source). Będą w nim przeprowadzane badania materiałowe komponentów termojądrowych. Poznanie zmian właściwości materiałów narażonych na promieniowanie powstające podczas reakcji termojądrowych jest kluczowe do budowy pierwszej na świecie elektrowni termojądrowej DEMO – następcy powstającego obecnie ITERa.

Badania tego typu mogą być przeprowadzane niemal wyłącznie w lekkowodnych reaktorach badawczych. Specjalne urządzenie termostatyczne, które zaprojektowali i zbudowali pracownicy Departamentu Eksploatacji Obiektów Jądrowych w Narodowym Centrum Badań Jądrowych, pozwala odtworzyć w rdzeniu reaktora MARIA warunki cieplne i neutronowe, na jakie będą narażone elementy płaszcza reaktora termojądrowego. Płaszcz ten służy do generacji trytu, który jest wykorzystywany jako paliwo w reakcji termojądrowej.

Urządzenie  termostatyczne zostało uruchomione w rdzeniu MARII 3 stycznia. Oprócz testowania komponentów wykorzystywanych do badań technologii termojądrowej, pozwoli też zbadać wywoływane przez wodór zniszczenia stali narażonych na działanie promieniowania jądrowego. Jest to również pionierskie w regionie wykorzystanie druku 3D w technologii jądrowej.

„Naszym wkładem w ten międzynarodowy program jest zaprojektowanie, budowa i napromienianie w rdzeniu specjalnej kapsuły termostatycznej, wewnątrz której panują warunki zbliżone do tych w specjalnym module testującym materiały do budowy reaktorów termojądrowych.” – opowiada mgr inż. Maciej Lipka, kierownik Działu Analiz i Pomiarów Reaktorowych. „Dzięki temu będzie można wybrać optymalne, z punktu widzenia działania modułu, rozwiązanie konstrukcyjne, które zapewni jego bezawaryjność.”

Urządzenie powstało w całości dzięki pracownikom reaktora MARIA przy wsparciu specjalistów z innych zakładów Narodowego Centrum Badań Jądrowych. Oprócz samego urządzenia, zaprojektowano też kompletny układ zasilania oraz automatyki wraz z systemem zbierania danych pomiarowych. Partnerem w zadaniu jest Instytut Technologii w Karlsruhe, stąd nazwa urządzenia: MAKARONI, czyli MARIA-Karlsruhe.

„Proces powstawania naszego urządzenia termostatycznego był niezwykle skomplikowany i wymagał wielu tur obliczeń cieplno-przepływowych i następujących po nich adaptacji projektu technicznego” – opisuje inż. Anna Talarowska, koordynatorka projektu Early Neutron Source w reaktorze MARIA. „MAKARONI jest nietypowa, zazwyczaj w tego typu projektach dąży się do utrzymania zadanej temperatury w możliwie dużej objętości, a u nas konieczne było opracowanie trzech niedużych sekcji pracujących jednocześnie w trzech różnych temperaturach: 300, 400 i 550℃. Z pomocą przyszły nam specjalne materiały ceramiczne oraz druk 3D.”

MAKARONI to drugie urządzenie termostatyczne w reaktorze MARIA. Dołączyło do sondy ISHTAR, służącej napromienianiu materiałów stosowanych w reaktorach chłodzonych helem. Program sond badawczych, w ramach którego powstały oba urządzenia, zawitał do reaktora kilka lat temu. Urządzenia tego typu były dość powszechnie stosowane w europejskich programach badawczych sprzed kilkudziesięciu lat. Kompetencje związane z ich budową zanikły niestety w wyniku braku zainteresowania praktycznym testowaniem nowych technologii reaktorowych. Obecnie jako pierwszy instytut badawczy w Europie, odtwarzamy odpowiednią wiedzę i umiejętności. W planach są kolejne urządzenia do badania m.in. przewodników, półprzewodników i radioizotopowych generatorów termoelektrycznych. 

Film informacyjny o celach powstania i zasadzie działania urządzeń w placówce IFMIF- DONES: https://youtu.be/qupecxxcZTQ