Комплексные исследования физических процессов при взаимодействии мощных потоков плазмы с материалами термоядерных установок

• Автор: Сафронов, Валерий Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Троицк
• Количество страниц: 245 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Методы исследования

1.1. Задачи модельного эксперимента

1.2. Экспериментальное моделирование

условий срыва тока в ИТЭР

1.2.1. Экспериментальный плазменный стенд 2МК-

1.2.2. Длинная антипробочная ловушка (MR-200 TRAP)

1.2.3. Установка МК-200 UG

1.2.4. Установка МК-200 CUSP

1.3. Средства диагностики

1.3.1. Измерения разрядного тока и напряжения
1.3.2. Зондовые измерения
1.3.3. Датчики давления
1.3.4. Измерения энергии плазменного потока
1.3.5. Нейтронные измерения
1.3.6. Интерферометрия
1.3.7. Томсоновское лазерное рассеяние
1.3.8. Методы исследования излучения
1.3.8.1. Оптическая спектроскопия
1.3.8.2. МР и ВУФ спектроскопия
1.3.8.3. Скоростная фотография
1.3.8.4. Радиационная калориметрия
1.3.8.5. Болометрия
1.3.9. Исследование облучаемых материалов
1.3.9.1. Инфракрасный пирометр
1.3.9.2. Исследование эрозии
1.3.9.3. Анализ продуктов эрозии
1.4. Заключение

Глава 2. Формирование, динамика и структура
экранирующего слоя
2.1. Экранирующий слой при интенсивности
потока до 10 МВт/см
2.1.1. Экранирующий слой граф ито во й мишени
2.1.2. Экранирующий слой медной мишени
2.1.3. Давление в экранирующем слое
2.1.4. Сравнительный анализ материалов
2.1.5. Экранирующий слой мишени из оргстекла
2.1.6. Экранирующий слой на поверхности
металлической сетки
2.2. Экранирующий слой при интенсивности
потока 15-50 МВт/см
2.3. Экранирующий слой на наклонных мишенях
2.4. Заключение
Глава 3. Плазма экранирующего слоя
3.1. Состав плазмы экранирующего слоя
3.1.1. Излучение экранирующего слоя
3.1.2. ВУФ излучение экранирующего слоя
3.1.2.1. Графит
3.1.2.2. Нитрид бора
3.1.2.3. Вольфрам
3.1.2.4. Излучение при интенсивности
потока ш « 50 МВт/см"
3.1.2.5. Графит РГТ
3.1.2.6. Литий
3.2. Температура экранирующего слоя
3.2.1. Графитовая мишень
3.2.2. Вольфрамовая мишень
3.2.3. Анализ экспериментальных данных
3.3. Заключение

проведенных экспериментов на испарение расходовалось не более 1 - 2% энергии плазменного потока. Доля энергии, расходуемой на испарение материала, уменьшается с ростом интенсивности плазменного потока.
10. Анализ излучательных характеристик мишенной плазмы и вывод о том, что экранирующий слой трансформирует энергию плазменного потока преимущественно в коротковолновое излучение (X < 400 А) мишенной плазмы. Вывод о возможности создания мощных источников коротковолнового излучения на основе взаимодействия плазменного потока с твердотельной мишенью.
11. Результаты исследований эрозии материалов под действием излучения, выходящего из экранирующего слоя. Практические рекомендации относительно выбора материалов для дивертора ИТЭР.
12. Экспериментально обнаруженные различия в свойствах экранирующего слоя углеграфитовых и вольфрамовой мишеней и вывод о необходимости учета этих особенностей при выборе материала для диверторных пластин ИТЭР. При выборе вольфрама необходимо принять во внимание, что все элементы дивертора, попадающие под действие интенсивного излучения экранирующего слоя, нужно изготавливать из теплостойких материалов. При выборе углеграфитовых материалов следует учесть, что быстро расширяющаяся мишенная плазма может попадать в основную камеру, что приведет к постепенному запылению поверхности камеры углеродом.
13. Результаты исследования эрозии углеграфитовых материалов:
- графит и С-С композиты эродируют в виде пара и в виде твердых осколков, образующихся вследствие хрупкого разрушения материала;
- в случае хрупкого разрушения мелкозернистого графита образуются гранулы микронного размера. Эти гранулы полностью испаряются вблизи поверхности, что приводит к росту плотности мишенной плазмы и усилению эффекта экранировки;
- хрупкое разрушение углеграфитового композита происходит не только в