MK-200装置实验方案： 1 - 脉冲等离子体加速器; 2——磁场线圈; 3——磁性探头; 4 - 亥姆霍兹线圈; 5 - 目标; 6——等离子流; 7——目标等离子体; 8——管道系统; 9——镜头，10——高温计; 11 - 光谱仪

近日，来自特罗伊茨克创新与热核研究所、莫斯科物理技术学院(MIPT)和莫斯科动力工程学院(MPEI)的科学家们，在保护材料免受受控热核聚变条件下极端热负载影响的研究领域取得了重要进展。他们的研究成果已发表在《原子科学与技术问题》杂志的“热核聚变”系列中。

在热核反应堆内部，强大的等离子体流(温度高达数百万度的电离气体)会对壁材料造成巨大破坏。尽管钨以其耐火性而著称，被认为是反应堆内衬的最有前景材料之一，但当暴露于1 kJ/cm²量级的能量流时，即使是钨也会受到破坏。因此，如何保护材料免受此类极端热负载的影响，一直是热核聚变领域亟待解决的关键问题。

在此次研究中，俄罗斯科学家决定测试涂有一层薄薄铋的钨作为保护材料。实验在脉冲等离子体加速器MK-200上进行，该加速器能够产生能量密度约为600 J/cm²、持续时间为15 μs的氢等离子体流。实验结果显示，铋的蒸发产生的屏蔽效应显著减少了钨基板接收到的能量，使其比无保护的纯钨在相同条件下的能量吸收降低了四倍。同时，铋的表面温度也远低于钨的熔点，证明了铋作为钨保护涂层的高效性。

此外，该科学家团队还研究了使用氮气气幕保护钨免受热核等离子体影响的方法。实验表明，原子密度为2⋅103的氮气幕能够显著降低钨靶材的热负荷，减少能量吸收2-2.5倍。氮气幕不仅有效地限制了钨蒸气的扩散，还防止了其与入射等离子体流的相互作用以及重杂质对等离子体的污染。

这两项研究成果对于热核能的发展具有重要意义，它们为实现更先进、更可靠的聚变反应堆设计提供了可能。同时，这些技术也可能在其他领域得到应用，如保护航天器免受高能粒子和热辐射的影响、为高超音速飞机开发热防护涂层等。

研究团队表示，尽管铋提供有效但不可再生的保护，而氮气幕则提供了一种可再生的保护机制，但两者都有各自的优缺点。最佳方法的选择取决于热核装置的具体运行条件。未来，他们将继续深入研究，以期找到更加高效、可持续的材料保护方案，为热核能时代的到来奠定坚实基础。

此次研究是在国家合同工作期间以及俄罗斯基础研究基金会科学项目框架内的财政支持下完成的。