Продукты эрозии материалов, образующиеся при воздействии интенсивных импульсных потоков плазмы, и захват изотопов водорода в них

• Автор: Путрик, Антон Борисович
• Шифр специальности: 01.04.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Троицк, Москва
• Количество страниц: 147 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Условия работы защитных материалов первой стенки и дивертора

токамака ИТЭР

1.2. Захват изотопов водорода в продуктах эрозии обращенных к плазме

материалов при моделировании стационарных процессов ИТЭР

1.3. Проблема удаления изотопов водорода из продуктов эрозии

обращенных к плазме материалов

1.4. Заключение к главе

Глава 2. Экспериментальное моделирование импульсных плазменных процессов ИТЭР на квазистационарном плазменном ускорителе
2.1. Моделирование импульсных плазменно-тепловых нагрузок на
квазистационарном плазменном ускорителе
2.1.1. Квазистационарный сильноточный плазменный ускоритель с собственным магнитным полем КСПУ-Т
2.1.2. Конструкция облучаемых мишеней
2.1.3. Тепловые нагрузки на поверхность материалов при воздействии плазменного потока
2.2. Численный расчет динамики испарения материалов тепловым
импульсом
2.3. Заключение к главе
Глава 3. Условия осаждения продуктов эрозии материалов при импульсных переходных процессах
3.1. Условия эксперимента для измерения скорости осаждения,
распределений тепловой нагрузки и массы осажденных продуктов эрозии при облучении материалов плазменным потоком
3.2. Распределения тепловой нагрузки и массы осажденных продуктов
эрозии
3.3. Скорость осаждения продуктов эрозии

3.4. Сопоставление динамик испарения и осаждения материалов
3.5. Заключение к главе
Глава 4. Захват изотопов водорода в продукты эрозии обращенных к плазме материалов в условиях импульсных переходных процессов
4.1. Условия эксперимента для сбора продуктов эрозии
4.2. Структура и состав осажденных продуктов эрозии
4.3. Влияние условий в местах осаждения продуктов эрозии на
концентрацию захваченных в них изотопов водорода
4.4. Заключение к главе
Глава 5. Воздействие излучения на продукты эрозии обращенных к плазме материалов
5.1. Параметры излучения, генерируемого с помощью квазистационарного
плазменного ускорителя
5.2. Расчет кинетики выхода захваченного дейтерия при воздействии
теплового импульса
5.3. Изменение свойств продуктов эрозии под действием излучения
5.3.1. Условия эксперимента для облучения продуктов эрозии
5.3.2. Результаты экспериментов. Сопоставление с расчетами
5.4. Заключение к главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список использованных источников

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность выбранной темы
На сегодняшний день в качестве обращенных к плазме материалов (ОПМ) для токамака ИТЭР выбраны вольфрам (для защиты дивертора) и бериллий (для защиты первой стенки) [1]. Решение об использовании материала на основе углерода (углеродно-волокнистого композита) в качестве ОПМ для защиты дивертора будет принято на основании результатов работы ИТЭР с полностью вольфрамовым дивертором. Тем не менее, графит успешно используется во многих термоядерных установках и имеет определенные преимущества в сравнении с другими ОПМ [2], и поэтому представляет интерес для дальнейшего использования, в том числе и в ИТЭР.
Эрозия ОПМ и осаждение продуктов эрозии в виде пленок является одной из проблем реактора-токамака ИТЭР, в том числе и потому, что продукты эрозии будут содержать значительное количество захваченного трития и являться основным источником его накопления в вакуумной камере ИТЭР [3,4]. Данные о свойствах осажденных пленок, в том числе и о захвате изотопов водорода в них, накоплены в основном в экспериментах с длительными разрядами (порядка секунд и более), при которых скорость осаждения мала (менее 101Х атом-см'2-с'’), например, [5-7]. Однако, большой интерес представляют переходные процессы (ЭЛМ-события и срывы), у которых длительность лежит в миллисекундном диапазоне, а скорость осаждения и условия осаждения продуктов эрозии, например, локальная тепловая нагрузка, динамика температуры поверхности, будут сильно отличаться от стационарных. Поэтому актуальным является исследование осаждающихся пленок при взаимодействии плазмы с ОПМ в условиях, характерных для переходных процессов.
С другой стороны, наряду с локальным плазменно-тепловым воздействием на материалы при ЭЛМ-событиях и срывах, воздействию излучения во время ослабленных срывов ИТЭР [8] будет подвергаться вся

[60] было предложено использовать озон вместо молекулярного кислорода, но соответствующих экспериментов на токамаке не проводилось.
Несмотря на наличие различных методов удаления трития, по результатам проведенных экспериментов на установках TOMAS и TEXTOR в работе [61] был сделан вывод о том, что ни один метод сам по себе не обеспечивает эффективное удаление изотопов водорода из осажденных продуктов эрозии, особенно в областях, расположенных в затененных зонах.
1.4. Заключение к главе
1. Для моделирования условий импульсных переходных процессов, как это следует из данных работы [34] наиболее подходит квазистационарный сильноточный плазменный ускоритель КСПУ-Т. При плазменно-тепловых нагрузках, обеспечиваемых данным ускорителем, образующееся количество продуктов эрозии будет значительно больше, чем при стационарных процессах, когда эрозия материала вызвана, в основном, ионным распылением [37].
2. При совместном осаждении продуктов эрозии и изотопов водорода будет происходить их захват в напыляемых пленках. При этом данный механизм захвата будет одним из определяющих общее количество захваченных изотопов водорода в процессе работы токамака.
3. Подавляющая часть существующих экспериментальных данных о свойствах продуктов эрозии, в том числе и о захвате изотопов водорода, относится к случаю стационарных процессов, при которых скорость осаждения мала (менее 1018атом-см'2-с"'), например [5-7]. Поэтому актуальным является исследование свойств (в том числе и захвата изотопов водорода в них) продуктов эрозии, образующихся в условиях импульсных переходных процессов.
4. Продукты эрозии будут содержать значительное количество захваченного трития, максимальное содержание которого внутри вакуумной камеры ИТЭР ограничено 700 г., поэтому актуальной задачей является разработка
эффективных методов детритизации.