Закономерности и механизмы захвата водорода в углеграфитовые материалы при облучении в плазме

• Автор: Айрапетов, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 109 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение
Актуальность работы
Основные цели и задачи работы
Положения, выносимые на защиту
Научная и практическая значимость работы
Глава 1. Литературный обзор
1.1. Захват имплантированных ионов изотопов водорода
1.2. Термодесорбция водорода из графитовых материалов, облученных в различных
условиях
1.2.1. Выделение водорода из графита, облученного молекулами и атомами водорода...Л
1.2.2 Выделение водорода из графита, облученного ионным пучком водорода
1.2.3. Выделение водорода из графита, облученного в плазме
1.3 Заключение
Глава 2. Экспериментальные установки и устройства
2.1. Установка плазменного облучения и-термодесорбционного анализа
2.1.1. Описание установки
2.1.2. Узел креплениям нагрева образца
2.1.3 Схема электрической части установки
2.1.4 Методика проведения экспериментов
2.1.4.Г Калибровка ионизационного вакуумметра по потоку частиц в камеру
2.1.4.2 Калибровка масс-спектрометра по ионизационному вакуумметру
2.1.4.3 Учет десорбции с конструкционных элементов при проведении ТДС-анализа37 2.1.4.4Порядок проведения экспериментов
2.Г.5. Параметры облучения
2.1.6. Оценка погрешностей измерения ТДС-спектров:
2.2. Установка «МИКМА»
2.2.1 Описание установки
2.2.2. Экспериментальный прибор, генерирующий поток атомов
2.2.3 Вакуумная система откачки
2.2.4 Методика проведения экспериментов
Глава 3. Взаимосвязь спектров термодесорбции водорода из графита с условиями облучения и локализацией захваченных атомов
3.1. Систематизация положений основных максимумов спектров термодесорбции водорода из углеграфитовых образцов
3.2. Соответствия между условиями облучения, характером захвата и формой ТДС спектра
3.3. Пример использования ТДС-спектров для анализа характера захвата и удержания
водорода
3.4. Выводы

Глава 4. Механизмы захвата водорода в графитовые материалы при облучении в плазме
4.1. Введение
4.2. Захват частиц при выдержке образца CFC в дейтерии-газе
4.3. Захват частиц при облучении потоком атомов водорода
4.4. Захват частиц при облучении в дейтериевой плазме
4.4.1. Параметры эксперимента
4.4.2 Результаты экспериментов
4.6. Заключение
Глава 5. Закономерности захвата водорода и десорбции водородосодержащих молекул
5.1. Введение
5.2. Зависимость захвата дейтерия от энергии облучающих ионов
5.2.1 Параметры облучения
5.2.2 Результаты и их обсуждение
5.2.2.1. Захват дейтерия при облучении ионами высоких энергий
5.312.2. Захват дейтерия при облучении ионами низких энергий
5.2.3. Выводы
5.3. Зависимость захвата дейтерия от времени облучения
5.3.1 Параметры облучения
5.3.2 Результаты экспериментов и их обсуждение
5.3.3 Модель «потенциального механизма» захвата, объясняющая увеличение захвата при уменьшении.потока при постоянстве дозы
5.3.4 Выводы
5.4. Зависимость захвата дейтерия от температуры облучения
5.4.1 Параметры облучения
5.4.2 Результаты и их обсуждение
5.4.3 Выводы
5.5. Образование углеводородов в облучаемых углеграфитовых материалах
5.6 Выводы
6. Заключение
Список цитированной литературы

Введение
Актуальность работы
Захват и накопление изотопов водорода в графитовых материалах является важной проблемой- для современных термоядерных, установок, в? которых графитовые.материалы-используются в качестве материала, контактирующего с плазмой,, элементов первой стенки и дивертора. Накопление в них и затем. неуправляемая десорбция изотопов водорода порождает серьёзные проблемы,в работе существующих- установок. Выявление закономерностей и механизмов захвата-- водорода в графитовых материалах принципиально важно и для создаваемого Международного Термоядерного Экспериментального Реактора (ITER)- из-за опасности накопления; трития в. диверторных пластинах, выполненных из. углеграфитового композита (CFC)- и в-, перенапьтленных углеродных слоях.
Захват и удержание изотопов; водорода в графитах и CFC изучались в большом-, количестве работ, выполненных на токамаках; и в лабораторных йонно-пучковьт и.; плазменных-: установках. Накоплен: большой« массив-; данных-, о величинах захвата при различных условиях облучения. Вместе с тем, основные закономерности- и-i механизмы захвата водорода в углеграфитовые материалы, облучаемые в плазме, в частности, вусловиях, подобных условиям облучения периферийной; плазмой токамаков, до сих пор- изучены недостаточно. В- результате затрудняется; выбор правильных конструктивных решений' и оптимальных режимов эксплуатации углеграфитовых элементов плазменных-камер термоядерных установок.

2.1.4.1 Калибровка ионизационного вакуумметра по потоку частии в камеру.
Суть данной калибровки сводится к определению изменения давления, измеряемого ионизационным
вакуумметром при различных потоках газа в камеру. Метод проведения калибровки сводится к следующему: к натекателю, подключенному к камере, присоединяется измерительная трубка с напускаемым газом (предварительно откачанная), изолированная от атмосферы масляным затвором (рис.2.8).
После откачки камеры до предельного вакуума с помощью натекателя устанавливался необходимый поток, при достижении стационарного состояния измерялось давление, определялся уровень масла. По прошествии времени (разного для разных значений потока) измерялся новый уровень масла. Для каждого потока проводился ряд измерений. Калибровочный коэффициент определялся следующим образом.
В связи с тем, что высота масляного столба незначительная, давление в трубке можно считать равным атмосферному. По известному давлению определялась концентрация частиц газа в трубке по формуле:
п = Р/кТ, где к - постоянная Больцмана, Т - температура (290 К). Далее определялся поток частиц газа напускаемого в камеру из трубки:
V = ДУ*п/А1, где АУ - изменение объема газа в трубке, М. - время напуска газа из трубки. Затем был определен градуировочный коэффициент, связывающий показания ионизационной лампы с потоком частиц: Кп = у/ДР,

Рис.2.8. Схема экспериментов по градуировке показаний ионизационной лампы по потоку частиц газа в камеру.
1- диффузионное масло;
2- газ для калибровки;
3- ионизационня лампа;
4- масс-спектрометр;
5- вакуумная камера;
6- тракт откачки вакуумной камеры;
7- натекатель.