Термоядерные реакторы

На примере материалов, делящихся на ядерном уровне, полупроводниковых, сверхпроводниковых и др. известно, что физические свойства элементов часто резко ухудшаются, когда содержание определенных («вредных») примесей составляет одну миллионную, а иногда даже только миллиардную долю процента (т. е. тысячные доли грамма на тонну). Металловедам известно, как катастрофически влияют десятитысячные доли легкоплавких примесей на механические и технологические свойства металлов и сплавов при высоких температурах, как стотысячные доли процента примесей  бора, лития, кадмия, гадолиния делают «браком» уран для атомных реакторов.

Для металлических материалов термоядерных реакторов содержание вредных примесей должно быть на уровне 10~8—10~10%. По подсчетам физиков-теоретиков, некоторые свойства элементов, например, зависящие от распределения электронов в полуметаллах, могут быть выявлены только при чистоте порядка 10~14%. Отсюда ясно, что программа (а надо говорить именно о государственной программе определения констант и новых свойств металлических материалов) не может быть квалифицированно выполнена без надлежащего использования всего «арсенала» физических и химических методов и приборов для определения чистоты материалов.

Наряду с проблемой чистоты возникла не менее трудная проблема и ее сохранения при всех технологических операциях, что вызвало появление нового технологического оборудования (ваккумные плавильные и отжиговые печи, прокатные и волочильные станы и т. п.). Металлические части особых электровакуумных приборов и чистейшие редкоземельные и химически активные металлы уже теперь «от рождения до смерти» пребывают в вакууме.

Здесь уместно сказать, что металловеды кровно заинтересованы в дальнейшем усовершенствовании химико-металлургического и технологического оборудования, в увеличении его чистоты и производительности, использовании более глубокого и «чистого» вакуума, инертных газов, электронных, солнечных и лазерных пучков, плазмы для получения чистых металлов и сплавов, «здоровых» слитков, в их «стерильной» обработке давлением и термообработке. Очень важно изменение формы и размеров структурных составляющих сплавов путем вытягивания из расплава, направленной кристаллизации, пластической деформации и термической обработки в различных условиях. Именно от названных операций в решающей мере зависит качество продукции  и металловедческих  исследований.

Говоря о научно-технической важности определения констант и свойств чистейших металлов и сплавов, нельзя не коснуться проблемы монокристаллов, так как уровень свойств кристаллических тел зависит не только от  количества  примесей, но и от их распределения  и степени совершенства самого кристалла. Как известно, границы кристаллитов часто являются именно тем слабым местом кристалла, где скапливаются наиболее вредные примеси.