В институте физики плазмы имени Макса Планка (Гархинг, Германия) нашли способ повысить прочность деталей из вольфрама. Для этого было изменено внутреннее строение одного из самых плотных и тугоплавких металлов. В ходе разработанного многостадийного процесса из чистого вольфрама получаются упругие микроструктуры, хорошо распределяющие механическую нагрузку.

Микроструктура модификации вольфрама с повышенной механической прочностью. На поперечном срезе видны равномерно распределённые волокна и армирующие слои вокруг них (фото: Johann Riesch)
Микроструктура модификации вольфрама с повышенной механической прочностью. На поперечном срезе видны равномерно распределённые волокна и армирующие слои вокруг них (фото: Johann Riesch)

Группа под руководством Иоганна Риша (Johann Riesch) вытягивала вольфрам в тончайшие волокна, а затем армировала их, осаждая другую порцию вольфрама из газообразной смеси. Условия были подобраны таким образом, чтобы армирующие слои образовывали связи, повышающие упругость. Устойчивость изделий из вольфрама в такой форме к образованию трещин в процессе сжатия и растяжения возросла примерно в три раза.

Одно из ключевых применений вольфрама с повышенной механической прочностью – термоядерный синтез. “Упругий вольфрам” позволит существенно улучшить прочностные характеристики компонентов токамака, непосредственно контактирующих с высокотемпературной плазмой.

Внутренний вид камеры токамака (Alcator C-Mod). Стены облицованы плитами из сплава на основе молибдена и вольфрама (фото: physicscentral.com)
Внутренний вид камеры токамака (Alcator C-Mod). Стены облицованы плитами из сплава на основе молибдена и вольфрама (фото: physicscentral.com)

До появления работы Риша в качестве основных материалов для проекта ИТЭР рассматривались различные сплавы вольфрама и молибдена. Исследователи пытались найти сплавы с высоким диапазоном рабочих температур, подбирая оптимальный баланс между их стойкостью к образованию трещин и деградацией (ползучестью). Теперь новая модификация чистого вольфрама рассматривается как основной перспективный материал.