Разработка и исследования энергонагруженных компонентов термоядерного реактора, контактирующих с плазмой

• Автор: Мазуль, Игорь Всеволодович
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 328 с. : ил.

Глава 1. Введение в проблему, пути и способы ее решения, алгоритмы разработки
1.1. Определение объекта разработки, его функции,
классификация, условия эксплуатации
1.2. Основные подходы и алгоритмы разработки
1.3. Критерии работоспособности и примеры
оптимизации конструкции
1.4. Актуальные экспериментальные и технологические задачи
Глава 2. Исследования и выбор облицовочных материалов
2.1. Функции облицовки и предъявляемые к ней требования.
Выбор основных кандидатных материалов
2.2. Исследования и выбор бериллиевой облицовки
2.3. Выбор и исследования облицовочных материалов на
основе углерода
2.4. Выбор вольфрама в качестве облицовочного материала
Глава 3. Разработка технологии изготовления многослойных конструкций
3.1. Требования к многослойным конструкциям
3.2. Разработка технологии соединения Ве с CuCrZr
3.3. Разработка технологии изготовления конструкций с
вольфрамовой облицовкой
3.4. Разработка технологии соединения сталь-бронза для
конструкции панелей охлаждения
3.5. Выбор и разработка специализированного
технологического оборудования
Глава 4. Экспериментальные установки и методы имитации повреждающих факторов ТЯР
4.1. Потребность и возможности имитации различных факторов Т.ЯР
4.2. Имитация квазистационарных поверхностных тепловых
нагрузок
4.3. Методы имитации тепловых нагрузок при переходных
плазменных процессах
4.4. Имитация комплексного воздействия нейтронов, тепла и
окружающей среды при внутриреакторных испытаниях
Глава 5. Макетирование и оптимизация конструкций, испытания и опыт эксплуатации
5.1. Целесообразность макетирования и классификация макетов
5.2. Оптимизация облицовки
5.3. Результаты внутриреакторных испытаний макетов с V
и Ве облицовкой
5.4. Крупномасштабные макеты компонентов
«первой стенки» ИТЭР
Глава 6. Нетрадиционные варианты конструкции энергонагруженных компонентов для реакторов будущего
6.1. Основные проблемы и пути их решения
6.2. Описание и сравнительный анализ нетрадиционных
вариантов конструкции диверторной мишени
6.3. Экспериментальная апробация некоторых
нетрадиционных вариантов конструкции
Заключение
Литература

Актуальность работы
Управляемый термоядерный синтез с использованием плазменных ловушек типа токамак является одним из перспективных направлений создания энергетики будущего. Наиболее продвинутым шагом на этом пути являются работы над проектом международного термоядерного реактора (ТЯР) ИТЭР (см. рис. В.1), создаваемого индустриально развитыми странами (США, РФ, ЕС и Япония) с 1989 года. В реакторе - токамаке плазма удерживается магнитным полем и заключена в разрядную камеру, стенки которой испытывают значительные повреждения от контакта с плазмой.
Рис.В.1. Схема термоядерного реактора ИТЭР
Высокие поверхностные тепловые нагрузки, интенсивные потоки энергетичных ионов и нейтронов, циклический характер работы и множество других деструктивных факторов определяют особенности конструкции и требования к материалам, из которых проектируется так называемая “первая

коррозийной стойкости, а в ряде случаев (так называемые малоактивируемые ферритные стали без никеля и других высокоактивируемых элементов типа Мо, N6 и т.п.) и по активационной безопасности. Однако, для всех типов реакторов остается проблемой их использование при нагрузках более 3-5 МВт/м2. Такие малоактивируемые материалы как TiиZr с точки зрения их использования при высоких тепловых потоках ничем не превосходят сталь, однако, менее технологичны и более дорогие. Малоактивируемый ванадий потенциально несколько превосходит стали по совместимости с тепловыми нагрузками, однако технологически капризен, малоизучен и практически не совместим с водяным теплоносителем, т.к. имеет допустимый температурный интервал использования 350-700°С. Использование для охлаждаемых подложек тугоплавких металлов N6, Мо, Та, У связано с целым рядом проблем (высокая активация и стоимость, низкая пластичность и технологичность и т.д) и в настоящее время считается экзотикой. Трудно разрешимая проблема выбора материала теплоотводящей панели для высоконагруженных (ц > 5 МВт/м2) компонентов будущих реакторов приводит к появлению нетрадиционных вариантов конструкции (см. Главу 6). В ИТЭР основными кандидатными материалами для охлаждаемых структур выбраны: аустенитная нержавеющая сталь Б5-316 (для нагрузок <1-3 МВт/м2) и медный сплав СиСгёг для более высоких нагрузок.

Выбор материала облицовки.
Использование специальных, довольно экзотических облицовочных материалов является одной из наиболее существенных особенностей энергонагруженных компонентов “первой стенки”, отличающих их от своих аналогов в других отраслях техники. Поэтому критериям и особенностям выбора этих материалов посвящена отдельная
Глава 2.