Радиационная стойкость оптических диагностик в условиях термоядерного реактора ИТЭР

• Автор: Вуколов, Константин Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 213 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1.
АНАЛИЗ РАДИАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ДИАГНОСТИК ПЛАЗМЫ В ИТЭР
1.1 Введение
1.2 Компоновка, состав и принципы построения оптических диагностик плазмы в ИТЭР
1.3 Радиационная обстановка в местах расположения оптических элементов диагностик плазмы в ИТЭР
1.4 Программа исследований по обеспечению радиационной стойкости оптических элементов под действием термоядерной плазмы
1.5 Выводы к Главе 1 48 ГЛАВА 2.
РАДИАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА В УСЛОВИЯХ ТЕРМОЯДЕРНОГО РЕАКТОРА ИТЭР 5
2.1 Введение
2.2 Методика радиационных испытаний
2.3 Исследования наведенного оптического поглощения
2.4 Радио- и фотолюминесценция в кварцевых стеклах под действием излучения термоядерной плазмы ИТЭР
2.5 Восстановление пропускания стекла термическим отжигом
2.6 Выводы к Главе 2 96 ГЛАВА 3.
ВОЗДЕЙСТВИЕ ПЛАЗМЫ НА ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ЗЕРКАЛА
3.1 Введение
3.2 Плазменные эксперименты в Токамаке-10
3.3 Эрозия поверхности, выбор материалов и технологий изготовления

металлических зеркал
3.4 Осаждение из плазмы углеводородных пленок
3.5 Очистка оптических элементов лазерным излучением
3.6 Выводы к Главе 3 165 ГЛАВА 4.
РАЗРАБОТКА И ИСПЫТАНИЕ ПРОТОТИПОВ ОПТИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ ДИАГНОСТИК ПЛАЗМЫ В ИТЭР
4.1 Введение
4.2 Эндоскоп системы сбора излучения из плазмы для спектроскопии водородных линий в ИТЭР
4.3 Диэлектрические зеркала для сбора излучения плазмы
4.4 Влияние излучения термоядерной плазмы на вакуумные окна из кварцевого стекла
4.5 Выводы к Главе 4
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ
Прогресс в исследованиях плазмы в установках типа токамак позволил приступить к созданию термоядерного реактора на основе токамака [1, 2]. В настоящее время при широком международном сотрудничестве завершается проектирование и начато строительство международного термоядерного экспериментального реактора - ИТЭР [3, 4]. Основной целью проекта ИТЭР является демонстрация научной и технологической осуществимости энергетического реактора на основе дейтериево-тритиевой (Д-Т) реакции синтеза, а также исследование физики термоядерной плазмы. К основным задачам ИТЭР относятся: изучение возможности осуществления стационарного поддержания работы реактора, испытание технологий наиболее важных для изготовления узлов реактора, испытания элементов и систем для будущего реактора [4]. Для управления работой ИТЭР и исследования плазмы необходим эффективный диагностический комплекс, обеспечивающий проведение надежных измерений параметров плазмы в тяжелых условиях воздействия нейтронных и гамма потоков высокого уровня, нейтронных тепловых нагрузок, бомбардировки частицами [5].
Специфика построения диагностического комплекса ИТЭР обусловлена
тем, что условия в экспериментальном термоядерном реакторе будут в
значительной степени отличаться от условий эксплуатации диагностики в
действующих плазменных установках. Используемые в настоящее время
физические основы и методы диагностики, как правило, могут быть применены
и для ИТЭР, но технологии и инженерные подходы должны отвечать
значительно более жестким требованиям [6]. Это связано с ростом мощности
радиационных нагрузок и большой длительностью плазменного разряда,
который в ИТЭР может составлять около 1000 секунд. Защиту элементов
конструкций ИТЭР от нейтронного излучения и нагрева будет обеспечивать
бланкет. Кроме того, внутри диагностических патрубков предусматривается
размещение защитных пробок (порт-плаги), представляющих собой стальные
блоки с водяным охлаждением, в которых будут сделаны каналы для доступа

4,0-6,5 4,9-106 2,6-106 |<1 Г 50 О о
6,5-10,5 5,8-Ю6 1,3-106 6,6-10'8 2,7-10‘
10,5-13,5 9,9-Ю6 1,2-104 1,7-10-7 3,7-10'1и
13,5-17,0 3,7-Ю' 5,6-Ю4 7,3-10_/ 2,6-Ю'
Полный 2,6-Ю8 3,1-10' 1,1-10‘6 1,7-10‘
Плотность потоков нейтронов и гамма квантов несколько ниже, чем в Таблице 1.1, так как в модели на этом этапе расчетов учитывалось поглощение в двух кварцевых окнах толщиной 2 см.
Следует отметить, что потоки нейтронов и гамма квантов в последнем колене перископа, выходящем на криостат, (для системы СВЛ в верхнем патрубке сектора 10 - рисунок 1.5В) определяются скорее не нейтронами, распространяющимися вдоль оптической оси системы (от Мій М2 мимо М3 к М4), а нейтронами, проходящими через защиту по наиболее тонкому месту прямо в канал. Качество нейтронного спектра (насколько в нем представлены нейтроны высоких энергий, которые привносят основной вклад в энерговыделение и число смещений на атом) определяется толщиной этого слоя защиты.
Для концептуального варианта размещения диагностики активная спектроскопия в верхнем патрубке, показанном на рисунке 1.6, в работе [16] выполнены расчеты потоков нейтронов и гамма квантов, а также удельного энерговыделения в зеркалах и в некоторых других элементах конструкции (Таблица 1.3). Следует отметить, что в настоящее время российская СХЯ8 диагностика перенесена в экваториальный патрубок, но для цели определения радиационной обстановки это не имеет большого значения.
Также как и для СВЛ в расчетах предполагалось, что показанные на рисунке 1.6 элементы это: М1 и М2 - молибденовые зеркала, М3, М4 и М5 -диэлектрические зеркала на кварцевой подложке, \Л — окно из кварцевого стекла, В и С - промежуточные позиции вдоль канала, где сделаны расчеты.