AP23489285 – Исследование процессов деструкции двухфазных литиевых керамик в результате наводораживания и гелиевого распухания

Цель – Цель проекта заключается в изучении процессов деструкции в двухфазных керамиках на основе соединений LiAlO2 – Li2ZrO3 при высокодозном облучении протонами и ионами гелия, моделирующим процессы наводораживания и гелиевого распухания в керамических бланкетных материалах, предназначенных для производства трития.

Актуальность: Актуальность проекта обусловлена возрастающим энергетическим кризисом, связанным с постоянным увеличением потребления энергии и необходимостью сокращения использования ископаемых ресурсов. В этих условиях особую значимость приобретает развитие альтернативных источников энергии, среди которых перспективными являются термоядерная и водородная энергетика. Эти направления основаны на использовании более безопасного топлива, такого как водород и тритий, что снижает экологические риски по сравнению с традиционной ядерной энергетикой. Дополнительным преимуществом является сокращение образования долгоживущих радиоактивных отходов. Вместе с тем устойчивое развитие термоядерной энергетики ограничено проблемой обеспечения необходимого объема трития. Существующие методы его получения не позволяют в полной мере удовлетворить растущие потребности. В связи с этим особую актуальность приобретает поиск эффективных технологий производства трития. Одним из наиболее перспективных решений является использование литийсодержащих керамик, в которых тритий образуется в результате ядерной реакции Li(n,α)T. Особый интерес представляют двухфазные керамические материалы, обладающие повышенной устойчивостью к радиационным повреждениям и деградационным процессам. Их применение позволяет повысить надежность и долговечность материалов в условиях термоядерных реакторов, что делает данное направление исследований крайне актуальным.

Научный руководитель: Доктор Ph.D., Блынский Петр Александрович

Ожидаемые и достигнутые результаты: В рамках проекта получены и охарактеризованы двухфазные керамики системы LiAlO₂–Li₂ZrO₃, исследованы их структурные (фазовый состав, параметры кристаллической решётки, плотность, пористость, трещиностойкость) и теплофизические свойства (теплопроводность) в зависимости от условий синтеза. Проведена характеризация образцов, полученных методом механоактивации с последующим термическим отжигом. Установлено, что увеличение доли Li₂ZrO₃ повышает механическую прочность, твёрдость и сопротивление растрескиванию, тогда как преобладание LiAlO₂ способствует росту теплопроводности. Показано, что изменение соотношения фаз влияет на пористость материалов, снижая её при доминировании Li₂ZrO₃, что дополнительно повышает устойчивость к механическим воздействиям. Изучены механизмы наводораживания керамик при высокодозном протонном облучении и выявлены зависимости изменения их структурных, прочностных и теплофизических характеристик. Установлено, что межфазные границы в двухфазных керамиках ограничивают термическое расширение и замедляют процессы газового распухания за счёт барьерного эффекта для диффузии гелия. Показано, что однофазные керамики при высокотемпературном облучении демонстрируют ускоренную деградацию, сопровождающуюся дестабилизацией структуры и снижением прочности. В отличие от них, двухфазные материалы характеризуются повышенной радиационной стойкостью и замедленным развитием дефектов. Определено, что увеличение флюенса облучения приводит к росту степени разупорядочения и увеличению глубины структурных повреждений вследствие диффузионного перераспределения дефектов. Полученные результаты подтверждают перспективность двухфазных LiAlO₂–Li₂ZrO₃ керамик как устойчивых материалов для применения в условиях термоядерных реакторов.