МІНІСТЕРСТВООСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Харківськийнаціональний університет
іменіВ. Н. Каразіна
Фізико-технічний факультет
КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА
БАКАЛАВРА З фізики
Використання установки ДСМ-2 для моделювання поведінкі дерло дзеркал у термоядерному реакторі ІТЕР
Харкiв 2010
ЗМІСТ
АНОТАЦІЯ
ВСТУП
1. АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД
1.1 Мідні дзеркала
1.2 Дзеркала з нержавіючої сталі
1.3 Аморфні дзеркала
2. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНІ ДОСЛІДЖЕННЯ
2.1 Загальні відомості і метадосліджень
2.2 Експериментальна установка
2.3 Результати експериментів здзеркалами з аморфних сплавів
2.4 Методика і проведенняексперименту
2.4.1 Робочий цикл. Даніексперименту для зразків з міді та нержавіючої сталі
2.4.2 Дані експерименту дляаморфних зразків
ВИСНОВОК
ЛІТЕРАТУРА
АНОТАЦІЯ
дейтерієва плазма аморфний гідрідообразующій
У роботі наведені результати досліджень деградаціїкоефіцієнта відбиття для металевих дзеркал і дзеркал з аморфних сплавівпід дією розпилення іонами дейтерію з енергіями 0.1 - 1.5 КеВ.
Наведено особливості впливу бомбардування іонамидейтерієвої плазми на дзеркала з аморфних сплавів. Встановлено причинипоглинання дейтерію дзеркалами з аморфних сплавів.
Експериментально перевірена гіпотеза про залежність поглинаннідейтерію від наявності або відсутності гідрідообразующіх компонент.
Зроблено висновки про фактори, що впливають на поглина
ння дейтерію.
Вступ
Керований термоядерний синтез (УТС) на основі ізотопівводню - практично невичерпне джерело енергії. На Сонце вже мільярдироків відбувається некерований термоядерний синтез - з важкого ізотопу воднюдейтерію утворюється гелій. При цьому виділяється колосальна кількість енергії.
Вперше, завдання по УТС була запропонована в Радянському Союзі.Ідея створення термоядерного реактора зародилася в 1950-х роках. У РадянськомуСоюзі була запропонована магнітна пастка ТОКАМАК (скорочена назваТороїдальних камера з магнітними котушками). У листопаді 1985 року було прийняторішення про проектування Міжнародного термоядерного реактора на основі такоїмагнітної конфігурації (ІНТОР). Цей проект згодом був сильно переглянутий(ІТЕР), і в нестоящее час його реалізація ведеться в кооперації 34 країн.
Завдання ІТЕР полягає в демонстрації принципової можливостітривалого підтримання режиму горіння дейтерієвої суміші та рішення фізичних татехнологічних проблем, які можуть зустрітися на цьому шляху. Наступнимкроком має стати створення реактора ДЕМО, мета спорудження якого -демонстрація можливості комерційного використання термоядерного реактора.
Одним з найважливіших завдань є проблема оптичноїдіагностики плазми термоядерного реактора. Оптична діагностика дозволяєбезконтактними методами дослідити стан плазми в реакторі, а значитьотримувати об'єктивну інформацію про температуру, щільності та елементному складіплазми. У майбутньому термоядерному реакторі (зокрема в ІТЕР) внутрішня частина системиоптичної діагностики буде складатися з періскопіческой системи дзеркал [1],яка дозволить виводити випромінювання плазми з реактора назовні, длябезпосереднього вимірювання та аналізу його характеристик і отримання інформаціїпро параметри плазми. При цьому, виникає проблема перших дзеркал (ПЗ) - дзеркал,які будуть розміщені в реакторі в прямій видимості плазми. Ці дзеркалавиявляться приблизно в тих же умовах, що і перша стінка вакуумної камери: вонибудуть приймати на себе потік всіх видів випромінювання плазми - корпускулярного,електромагнітного та нейтронного. Завдання ПЗ полягає в тому, щоб передатиелектромагнітне випромінювання в анализирующую частина системи діагностики.
Під впливом електромагнітного випромінювання, дзеркала будутьзазнавати тільки теплової деформації, що може позначитися на їх відбиваєздібності, і щоб уникнути цього досить включити ПЗ в системупримусового охолодження.
Нейтронне випромінювання плазми також може вплинутина відбивну поверхню дзеркал. При досить великому флюенсу нейтронівбудуть виникати структурні зміни матеріалу дзеркала.
Було проведено ряд досліджень по імітації впливу нейтронноговипромінювання на відбивну поверхню металевих дзеркал. При опроміненністалевого дзеркала іонами Cr,мідного - іонами Cu c енергією 1и 3 МеВ і берилієвого -іонами Ne з енергією до 100 кеВ [2], булопоказано, що коефіцієнт відбиття не змінюється.
Найбільш небезпечним для дзеркал, поміщених в прямої видимостіплазми, є бомбардування нейтральними частинками ("атомамиперезарядки ") [3]. Атоми перезарядки мають широкий енергетичний спектр(10 Вё 10 3 еВ), що більш ніж напорядок перевищує енергію зв'язку атомів будь-якого матеріалу, тому будевідбуватися розпилення поверхні першого дзеркала. Середній потік атомівперезарядки на стінки вакуумної камери очікується близько 2 в€™ 10 15 ат/см 2 , в той час як повна доза атомівперезарядки, з розрахунку на одиницю площі, складе
D ап ~ (10 21 - 10 22 ) ат/см 2 .(1.1)
На основі даних про потоки атомів перезарядки на стінку ірезультатів розрахунків [4], було зроблено висновок про можливість імітації потокунейтральних частинок на поверхню ПЗ за допомогою потоку іонів водню абодейтерію, що мають широкий енергетичний спектр, якісно подібний спектруатомів перезарядки.
У даній роботі наведено результати дослідження деградаціїкоефіцієнта відбиття (за рахунок розвитку мікрорельєфу) для металевих дзеркалпри бомбардуванні іонами різних газів, виконаних на установці ДСМ-2.
1. Аналітичний огляд
Головним критерієм, за яким можна порівнювати дзеркала, єкоефіцієнт відбиття. Деградаціякоефіцієнта відбиття залежить від товщини розпиленого шару. У свою чергу,товщина розпиленого шару залежить від енергії бомбардуючих часток,тривалості експозиції, роду матеріалу та ін Були проведені експерименти, вяких дзеркала з різних металів піддавали іонному бомбардуванні. Результатиданих експериментів для дзеркал з міді (Cu) і неіржавіючої сталі (SS) представлені нижче.
1.1 Мідні дзеркала
Полікристалічні мідні дзеркала [7], оброблені алмазнимточінням, і мають середню шорсткість поверхні не більше 20 нм, булипоміщені на спеціальному утримувачі в камеру. Вимірювання коефіцієнта відбиття (R) вироблялося покроково, прибагаторазових експозиціях; середня товщина розпиленого шару (h) визначалася по втраті маси прикожної експозиції в плазмі. В описуваних експериментах використовували три ідентичнихмідних дзеркала.
Одне з них було піддано розпорошення іонами з широкимспектром енергій (0.1 - 1.5 кеВ). Інша бомбардували іонами з енергією 1.5кеВ, і третє, з енергією 0.65 кеВ (середня енергія). Графік залежностікоефіцієнта відбиття від середньої товщини розпиленого шару показаний на рис. 2.1.Як видно, має місце деградація відбивної здатності - за рахунокнаростання шорсткості поверхні. З графіка видно, що дзеркало,бомбардіруемое іонами з енергією 1.5 кеВ, втратило близько 40% відбивноїздатності при розпиленому шарі 1.5 мкм. При тій же середній товщинірозпиленого шару, дзеркало, бомбардіруемое іонами з широким спектром енергій(0.1 - 1.5 кеВ), втратило трохи більше 25%. Найбільш гарні результатипоказало дзеркало, яке бомбардували іонами з енергією 0.65 кеВ: втрата коефіцієнтавідображення склала 15%. Відповідно, шорсткість для дзеркала,бомбардували іонами 1.5 кеВ, виявилася істотно вищою, ніж для двохінших зразків. З графіків видно, що має місце невелике збільшеннякоефіцієнта відбиття після початкових експозицій. Даний ефект пов'язаний зрозпиленням оксидної плівки з поверхні дзеркала, яка виникає притривалому зберіганні зразка на повітрі. Рис. 2.1 показує, що знання спектраенергій іонів також важливо, якщо ми хочемо правильно передбачити вплив атомівперезарядки на перш...
