Исследование воздействия плазменных потоков и ионных пучков на обращенные к плазме материалы термоядерного реактора

• Автор: Коршунов, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 179 с. : ил.

Глава 1. Современные представления о взаимодействии плазмы с материалами

1.1. Условия работы материалов ТЯР

1.2. Критерии выбора материалов ТЯР. Перспективные материалы,

обращенные к плазме

1.3. Основные процессы взаимодействия плазмы с материалами ТЯР

1.3.1. Эрозия в результате распыления

1.3.1.1. Физическое распыление

1.3.1.2. Химическая эрозия при облучении изотопами водорода

1.3.1.3. Распыление в условиях токамака

1.3.2. Эрозия и продукты эрозии при срывах плазмы

1.3.2.1. Физические процессы при взаимодействии
срывов плазмы с материалом
1.3.2.2. Эрозия при срывах в имитационных установках и токамаках
1.3.2.3. Продукты эрозии материалов в токамаках
1.3.3. Накопление изотопов водорода в материалах
1.3.3.1. Имплантация изотопов водорода
1.3.3.2. Диффузия изотопов водорода в металлах
1.3.3.3. Захват водорода в металлах
1.3.3.4. Накопление изотопов водорода в бериллии и вольфраме
1.3.3.5. Накопление изотопов водорода в углеродных материалах
1.4. Заключение и постановка задач
Глава 2. Экспериментальные методы исследования
2.1. Экспериментальные установки
2.1.1. Установка ЛЕНТА с пучково-плазменным разрядом
2.1.2. Импульсный электродинамический плазменный ускоритель МКТ
2.1.3. Ускорители с сепарацией ионов по массам
2.2. Измерение коэффициента распыления бериллия одноименными
ионами
2.3. Измерение коэффициентов распыления материалов ионами D+ и
Не+ в припороговой области энергий
2.4. Анализ продуктов эрозии материалов
2.5 Исследуемые материалы
2.6. Методы исследования материалов
2.7. Выводы

Глава 3. Распыление обращенных к плазме материалов ТЯР
3.1. Распыление бериллия одноименными ионами
3.1.1. Энергетическая зависимость коэффициента распыления Ве
ионами Ве+
3.1.2. Температурная зависимость коэффициента эрозии Ве
ионами Ве+
3.1.3. Угловая зависимость коэффициента распыления бериллия
ионами Ве+
3.2. Распыление перепыленных смешанных слоев Ве, Ве-С и ВеЛУ
ионами Ве+
3.2.1. Микроструктура перепыленных слоев
3 22. Состав перепыленных слоев
3.2.3. Энергетические зависимости коэффициентов распыления
перепыленных слоев Ве, Ве-С и Ве^
3 3. Распыление бериллия ионами Э+ и Не+ в припороговой области
энергий
3.3.1. Измерение энергетических порогов распыления бериллия ионами Э+ и Не+
3.3.2. Энергетические зависимости коэффициентов распыления бериллия ионами В+ и Не+ в припороговой области
энергий
3.4. Распыление вольфрама, окиси вольфрама и >У-С ионами дейтерия
в припороговой области энергий
3.4.1. Измерение энергетических порогов распыления вольфрама
и окиси вольфрама ионами Б+
3.4.2. Энергетические зависимости коэффициентов распыления
ионами вольфрама, окиси вольфрама и "М-С Э+ в припороговой области энергий
3.5. Выводы
Глава 4. Эрозия материалов ТЯР при срывах плазмы
4-1- Эрозия углеродных материалов
4.1.1. Эрозия углеволокнистых композитов под воздействием
мощных потоков импульсной плазмы
4.1.2. Эрозия графита РГ-Т
4.1.3. Эрозия графита МПГ
4.1.4. О механизме хрупкого разрушения углеродных материалов
при воздействии интенсивных импульсных плазменных потоков
4 2. Эрозия вольфрама в экспериментах по имитации срывов плазмы
4.3. Об образовании волновых структур на поверхности и о капельной
эрозии вольфрама при воздействии импульсных потоков плазмы
44. Выводы
Глава 5. Накопление изотопов водорода в материалах ТЯР
5 1. Накопление водорода в бериллии
5 1.1 Влияние условий облучения на накопление водорода в
бериллии

5.1.2. Влияние радиационных дефектов и гелия на накопление
водорода в Ве
5.2. Накопление дейтерия в углеграфитовых материалах с учетом имитации срывов плазмы
5.2.1. Накопление дейтерия в УВК 8ЕРЫВ31 и УАМ-92-5В-Ть
5.2.2. Накопление дейтерия в графите МПГ
5.2.3. Накопление дейтерия в графите РГ-Т-91 при экспозиции в стационарной плазме с учетом срывов плазмы
5.3. Накопление дейтерия в вольфраме с учетом имитации срывов
плазмы
5.3.1. Накопление дейтерия в различных сортах вольфрама
5.3.2. Накопление дейтерия в углеродных пленках на вольфраме.. 161 5 4. Выводы
Основные выводы
Литература

флюенсах. Измерения накопления О в приповерхностном слое (до ~1 мкм) Ве, проведенные методом ядерных реакций (МЯР), показали очень похожие результаты [177]. Выход на насыщение, указывает на то, что Б, имплантированный в Ве при 300 К, не диффундирует, а накапливается до концентрации насыщения -0,3-0,4 Б/Ве внутри зоны имплантации. При высоких флюенсах зона имплантации становится пористой [178], способствуя дополнительному выходу Б. Накопление Н в Ве увеличивается с ростом энергии ионов и уменьшается с ростом температуры образца [43].
Накопление Б в бериллии и вольфраме при ЗООК в зависимости от флюенса облучения
1Е+0 1Е+1 1Е+2 1Е+3 1Е+4 1Е+5 Ф, 1020D/m
Рис. 1
Как видно на рис. 1.17, накопление 1 кэВ-ного Б, внедренного в W при 300 К, также выходит на насыщение при высоком флюенсе. Накопление Б в W растет с температурой (при 500 К накопление выше, чем при 300 К) при высоких флюенсах облучения. Сравнение между суммарным накоплением, измеренным термодесорбционной спектроскопией (ТДС), и накоплением вблизи поверхности, измеренным МЯР, указывает на то, что большая часть Б в W накапливается вне зоны имплантации в результате захвата на дефектах и осаждения в пузырьках [179, 180].
На рис. 1.18 показаны зависимости накопления Б и Т от флюенса падающих частиц, полученные в ряде экспериментов по облучению Ве ионными пучками (INEEL, UTIAS), в плазменных установках (SNL/LANL-TRE, UCSD-PISCES-B), в токамаке (БІІІ-Б-BiMES) и пучком нейтралов (NB-JET) [181].
Изучение накопления Б и Т в Ве, представленное на рис. 1.18, охватывает широкий интервал условий экспозиции. В некоторых из этих исследованиях происходило осаждение углерода, или образование карбида, или окисление поверхностных слоев, которые, по-видимому, влияют на накопление изотопов Н Уровень насыщения