Комплексные исследования физических процессов при взаимодействии мощных потоков плазмы с материалами термоядерных установок

Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, что на нагрев и испарение материала q_target = (q_th + q_vap) расходуется лишь небольшая часть энергии плазменного потока, а основная доля энергии (q₀ - q_target) теряется в экранирующем слое и до поверхности мишени не доходит.

Третий параграф посвящен исследованиям радиационных потерь из экранирующего слоя. Представлены данные, свидетельствующие о доминирующей роли излучения в полном балансе энергии. Отмечаются различия в пространственном распределении радиационных потерь для тяжелых (вольфрам) и легких (графит) материалов (рис.13).

Пространственный профиль радиационных потерь определяется свойствами мишенной плазмы. В случае графита углеродная мишенная плазма быстро (V = 3 - 4 10⁶ см/с) распространяется вдоль силовых линий магнитного поля от облучаемой поверхности навстречу плазменному потоку. В результате, формируется протяженный столб углеродной плазмы, и преобразование энергии плазмы в излучение происходит по всей длине этого столба. В отличие от углерода, испаренный вольфрам остается вблизи облучаемой поверхности в течение всего плазменного импульса. Соответственно, преобразование энергии плазмы в излучение осуществляется в приповерхностной зоне.

Рис.13. Радиационные потери из экранирующего слоя графитовой и вольфрамовой мишеней на установке МК-200UG

Различия в поведении углеродной и вольфрамовой мишенной плазмы обусловлены различиями в их излучательной способности [13, 14]. Углеродная плазма, образующаяся вблизи поверхности графитовой мишени, эффективно поглощает поступающий поток энергии, но не может сразу преобразовать его в излучение. Поэтому значительная часть энергии расходуется на ионизацию углерода до состояния С⁵⁺ и нагрев углеродной плазмы до температуры порядка Т = 100 эВ. Нагретая плазма расширяется вдоль силовых линий магнитного поля и таким образом отводит поглощенную энергию от графитовой мишени. Со временем вся энергия Q_ЭС, запасенная в экранирующем слое, преобразуется в излучение, но это происходит не вблизи поверхности, а в протяженном столбе мишенной плазмы.

Вольфрамовая плазма по сравнению с углеродной обладает существенно большей излучательной способностью и поэтому основная часть поступающего потока энергии сразу же преобразуется в излучение в приповерхностном слое мишенной плазмы. Можно сказать, что для вольфрама выполняется не только интегральный за разряд баланс энергии в виде Q₀ Q_рад, но и баланс мощности W₀(t) W_рад(t) в каждый момент времени.

В случае графита значительная доля энергии запасается в плазме экранирующего слоя, и баланс мощности имеет вид

.(9)

По окончании плазменного импульса энергия углеродной плазмы транс-формируется в излучение, и итоговый баланс энергии имеет тот же вид: Q₀ Q_рад.

Таким образом, преобразование энергии плазменного потока в излучение мишенной плазмы является основным механизмом экранировки поверхности вольфрама, графита и любого другого материала. Учитывая, что излучение мишенной плазмы сосредоточено в основном в интервале длин волн ? = 30 - 300 Е, можно сделать вывод, что экранирующий слой является источником интенсивного коротковолнолнового излучения и, следовательно, на основе взаимодействия потоков плазмы с материалами можно создавать мощные источники ВУФ излучения.

В этом же параграфе рассматривается эрозия материалов под действием излучения, выходящего из экранирующего слоя. Анализируются результаты эксперимента, в котором вольфрамовая мишень облучалась потоком водородной плазмы, а сбоку устанавливалась графитовая мишень и подвергалась действию излучения экранирующего слоя вольфрама. Радиационная энергетическая нагрузка изменялась по поверхности боковой мишени в диапазоне I = 10 - 120 Дж/см².

Выяснилось, что эрозия графита растет линейно с радиационной нагрузкой и достигает величины ? = 0,37 мкм/облучение. Практически такая же величина (? = 0,4 мкм/облучение) получается при прямом облучении графита потоком плазмы. Но, если при плазменном воздействии эта эрозия достигается при нагрузке порядка q₀ = 2,5 кДж/см², то в случае излучения - при нагрузке I = 120 Дж/см², что в 20 раз меньше q₀. Таким образом, не только диверторные пластины, но также и соседние элементы, которые могут попадать под действие излучения экранирующего слоя, должны изготавливаться из эрозионностойких материалов.

Четвертый параграф посвящен вопросам переноса энергии на поверхность мишени. На основании измерений энергии излучения, поступающей на поверхность сетчатой мишени, делается вывод о том, что в случае тяжелых материалов (сталь, медь, вольфрам и т.п.) перенос энергии осуществляется преимущественно за счет излучения. В случае легких материалов, типа графита, для которых характерна большая температура вблизи мишени и невысокая интенсивность излучения приповерхностной плазмы, перенос энергии на поверхность, в значительной степени, осуществляется за счет теплопроводности.

В этом же разделе описывается эксперимент с кварцевой мишенью, в котором при помощи оптической интерферометрии были проведены измерения эрозии в реальном масштабе времени, т.е. в процессе взаимодействия плазмы с мишенью. Эксперимент проводился на установке МК-200 TRAP при интенсивности потока w₀ = 10 МВт/см² и характерной длительности ? = 20 мкс.

Результаты измерения эрозии ?(t) приведены на рис.14. Видно, что испарение кварца начинается практически сразу же после падения плазмы на поверхность мишени, а затем происходит с постоянной скоростью около 0.02 мкм/мкс, достигая величины ? = 0.8 мкм к моменту t = 40 мкс. (Осцилляции на кривой ?(t) обусловлены звуковыми колебаниями, которые возбуждаются в кварцевой пластине при ударе плазмы.)

Рис.14. Эрозия кварца на установке МК-200 TRAP

Обращает на себя внимание тот факт, что скорость эрозии остается постоянной в течение почти 40 мкс, несмотря на то, что интенсивность плазменного потока уменьшается за это время, по крайней мере, в 10 раз. Это означает, что экранирующий слой снижает поток энергии, расходуемый на испарение материала, до определенной величины w_vap, которая практически не зависит от интенсивности w₀ налетающего потока.

Можно предположить, что при наличии экранирующего слоя основным параметром, влияющим на толщину испаренного слоя материала ?, является длительность плазменного импульса ??: чем больше ?, тем больше ?. Это предположение подтверждается результатами измерений эрозии на плазменных установках с разной длительностью плазменного воздействия. Имеющиеся результаты свидетельствуют о том, что при интенсивности плазменного потока, достаточной для быстрого формирования экранирующего слоя, толщина испаренного слоя ? зависит, прежде всего, от длительности плазменного воздействия ? и растет пропорционально длительности, т.е. ? ~ ?.

Пятая глава посвящена исследованиям механизмов эрозии и их относительного вклада в результирующую эрозию материала.

Проблему эрозии диверторных материалов при срывах тока можно было бы считать решенной, если бы эрозия происходила только за счет испарения. Однако существуют еще макроскопические механизмы эрозии, которые вызывают более серьезные повреждения поверхности, чем испарение. Например, углеграфиты подвержены хрупкому разрушению и могут эродировать в виде гранул, а эрозия металлов может осуществляться за счет разбрызгивания расплава, образующегося на поверхности мишени. В первой части главы обсуждается эрозия металлов, а во второй - эрозия углеграфитов.

При облучении металлической мишени мощным потоком плазмы на поверхности образуется слой расплава. Процессы, происходящие в расплаве (движение расплава под действием внешних сил, кипение жидкого металла, развитие гидродинамических неустойчивостей, инжекция капель и струй), оказывают существенное влияние на эрозию металла. Задача эксперимента состоит в изучении этих механизмов и определении их вклада в результирующую эрозию в зависимости от условий облучения.

Рис.15. Кратер эрозии на поверхности графита и алюминия (установка MK-200CUSP, ширина потока d_п = 0,5 см, графит - 40 облучений, алюминий - 18 облучений)

На рис.15 показаны кратеры эрозии на поверхности графита и алюминия, полученные в одинаковых экспериментальных условиях. Эрозия графита составила ? = 0,25 мкм за один пуск установки, а алюминия ? = 10 мкм/разряд, что в 40 раз превышает эрозию графита. Большая разница в эрозии этих материалов обусловлена тем, что расплав, образующийся на поверхности алюминиевой мишени, перемещается под действием плазменного потока из центра зоны облучения на периферию. В результате, в центральной части образуется кратер эрозии, причем, глубина кратера растет линейно с количеством плазменных облучений. Данный механизм эрозии является универсальным для всех металлических мишеней и вносит основной вклад в результирующую эрозию любого металла.

При определенных условиях металлический расплав может кипеть. Пузырьки пара, образующиеся в кипящем расплаве, лопаются на поверхности, и металлическая мишень покрывается открытыми полостями (рис.16), из-за чего поверхность становится шероховатой. В условиях эксперимента на установке MK-200UG алюминий начинает кипеть при интенсивности потока w > 0,3 МВт/см², медь при w > 1 МВт/см², а вольфрам при w > 5 МВт/см².

Рис.16. Кипение расплава

Под действием плазменного потока происходит разбрызгивание металлического расплава в виде капель. Часть капель остается на поверхности мишени (рис. 17), а другие ее покидают. Они оседают на стенках вакуумной камеры, диагностических окнах и т.д. С точки зрения эрозии диверторных пластин и накопления взрывоопасной металлической пыли наибольшую опасность представляют капли, улетающие с поверхности.

Рис.17. Разбрызгивание капель по поверхности вольфрама

Было исследовано влияние капельного разбрызгивания на эрозию металлических мишеней. Около мишеней устанавливались сборники капель и попавшие туда капли анализировались при помощи микроскопа (рис.18). Потери расплава, обусловленные инжекцией капель, определялись взвешиванием образцов до и после облучения. Для регистрации летящих с поверхности капель применялась методика лазерного рассеяния.

Выяснилось, что интенсивность капельного разбрызгивания критическим образом зависит от соотношения размеров мишени и диаметра плазменного потока. Если мишень небольшая и поток ее обтекает, то с поверхности мишени инжектируется много капель и в этом случае капельное разбрызгивание может вносить заметный вклад в эрозию металла. Если мишень полностью перекрывает мишень и поток не может ее обтекать, то количество капель резко уменьшается, и вкладом этого механизма в результирующую эрозию можно пренебречь. В то же время, именно этот механизм определяет количество металлической пыли, накапливающейся в вакуумной камере.

Рис.18. Капли металла, собранные около мишени

Эрозия металлов может происходить в результате растрескивания. В частности, сильному растрескиванию подвержен вольфрам, считающийся одним из наиболее перспективных диверторных материалов. На рис.19 показаны типичные трещины на поверхности облученного вольфрама. Имеются крупные и мелкие трещины. Крупные трещины покрывают поверхность мишени сплошной сеткой и разбивают ее на отдельные ячейки размером 1-2 мм (рис.19а). Каждая такая ячейка покрыта системой микротрещин (рис.19б). Микротрещины тоже формируют ячеистую структуру, но уже более мелкого масштаба.

Рис.19. Растрескивание поверхности вольфрама (MK-200UG, 10 облучений)

Среди исследованных марок вольфрама только монокристалл вольфрама и вольфрам, легированный рением, не подвержены сильному растрескиванию. Эти сорта вольфрама можно рекомендовать для применения в ИТЭР. Однако они очень дороги, поэтому продолжается поиск альтернативных решений.

Вторая часть главы посвящена эрозии углеграфитовых материалов. Эрозия углеграфитовых материалов происходит как в виде пара, так и в виде твердых осколков, образующихся вследствие хрупкого разрушения. В случае мелкозернистого графита образуются гранулы микронного размера. На рис.20а приведены результаты анализа частиц в эксперименте с графитом МПГ-8. Размер частиц определялся как d = (4S/?)^1/2, где S - площадь проекции частицы на поверхность сборника.

Распределение графитовых частиц по размеру N(d) имеет резкий максимум в районе d = 2 - 3 мкм. На рис.19б приведено изображение поверхности графитовой мишени, на которой видны отдельные гранулы. По-видимому, именно эти гранулы вылетают с поверхности мишени при воздействии плазменного потока. По крайней мере, размер гранул, представленных на рис. 20б, согласуется с размером частиц на рис. 20а.

Рис. 20. Распределение по размеру частиц графита МПГ-8 (а), структура поверхности графита (б)

Частицы (гранулы), потеряв тепловой контакт с массивом графита, начинают испаряться под действием теплового потока w_s = w_target, проходящего через экранирующий слой на поверхность мишени. Испарение круглой частицы радиусом r описывается уравнением:

,(10)

где = 100 кДж/см³ - удельная теплота парообразования для графита. Интегрируя уравнение (10), получаем

(11)

откуда следует, что все частицы, диаметр которых меньше d^* = 2 ()/, должны полностью испариться к моменту времени t.

Для экспериментов на установке МК-200UG, где = q_target ? 30 Дж/см², величина d* составляет 6 мкм. Учитывая, что графит МПГ-8 состоит из гранул размером меньше 6 микрон (рис.20б), можно считать, что основная масса частиц, образующихся в результате хрупкого разрушения графита, должна испаряться вблизи поверхности. В сборники, вероятно, попадают только те частицы, которые образуются на краях зоны облучения, где интенсивность плазменного воздействия ниже, чем в центре.

Для получения количественных данных о вкладе хрупкого разрушения в общую эрозию графита был проведен анализ продуктов эрозии при помощи рентгеновского дифрактометра. Среди собранных вокруг мишени продуктов эрозии доля кристаллических частиц графита составила около 10%. Это нижняя оценка для вклада хрупкого разрушения в эрозию графита. Реальный вклад больше 10%, т.к. существенная часть графитовых частиц испаряется и присутствует в продуктах эрозии в виде аморфного углерода.

Были проведены расчеты эрозии графита с учетом его хрупкого разрушения. Выяснилось, что в случае мелкозернистого графита хрупкое разрушение не приводит к существенному увеличению эрозии по сравнению с обычным испарением. Это объясняется тем, что графит эродирует в виде мелких частиц, которые быстро испаряются вблизи поверхности мишени. В результате, возникает дополнительная экранировка поверхности и тепловая нагрузка на мишень снижается.

Углеграфитовый композит (С-С композит) состоит из объемного трехмерного каркаса, образованного пучками углеродных волокон, ориентированными перпендикулярно друг другу, и углеродного наполнителя. Большая теплопроводность композита обеспечивается pitch-волокнами, ориентированными перпендикулярно лицевой поверхности материала [15]. PAN-волокна, направленные вдоль лицевой поверхности, выполняют технологическую роль и применяются для «сшивки» pitch-волокон.

Рис.21. Хрупкое разрушение С-С композита (а - растрескивание поверхности и формирование осколка, б - крупный осколок композита)

Хрупкое разрушение С-С композита происходит как в виде микронных частиц, так и в виде крупных осколков размером 100-200 микрон (рис. 21). Крупные частицы не испаряются полностью, поэтому часть эродированного материала не принимает участия в экранировке поверхности. Это отличает С-С композит от графита.

Являясь сильно анизотропным материалом, С-С композит подвержен растрескиванию. Трещины образуются по границам между пучками PAN и pitch-волокон, где возникают самые большие термические напряжения.

Были проведены ресурсные испытания С-С композита на квазистационарном плазменном ускорителе КСПУ при длительности плазменного импульса t = 500 мкс и плотности энергии q = 3 кДж/см².

Рис. 22. Изменения потерь массы С-С композита

Образец С-С композита был подвергнут 250 облучениям. После каждой серии из n = 25 облучений измерялись потери массы Dm и определялась средняя величина потерь dm = Dm/n для одного облучения данной серии. Было обнаружено, что потери массы dm растут с количеством облучений N (рис. 22). (Это принципиально отличается от поведения графита, для которого величина dm практически не зависит от числа облучений.) Если в начале испытаний потери массы у С-С композита были меньше, чем у графита, то после 200 облучений они сравнялись. При этом сохраняется тенденция к росту dm.

Облученная плазмой поверхность композита приобретает волнистый профиль (рис. 23). Это происходит из-за того, что пучки продольных волокон эродируют с большей скоростью, чем поперечные. В начале облучения потери массы (рис.22) почти полностью обусловлены эрозией продольных PAN волокон (рис.23, 24а), а поперечные волокна вносят незначительный вклад. Однако после того, как продольные волокна эродируют на глубину около 0,5 мм (приблизительно после 100 облучений), эрозия поперечных волокон заметно интенсифицируется, что сопровождается увеличением потерь массы (рис.22) и изменением профиля поверхности (рис.24б).

Рис.23. Профиль поверхности С-С композита (50 облучений, КСПУ)

После 200 облучений профиль поверхности становится гладким, приобретает синусоидальную форму (рис.23в) и в дальнейшем он уже практически не меняется, т.е. эрозия начинает идти равномерно по всей поверхности композита. Это означает, что после определенного количества облучений поперечные волокна, которые должны обеспечивать высокую эрозионную стойкость материала, начинают эродировать с такой же большой скоростью, как и менее стойкие продольные волокна.

Рис.24. Профиль поверхности С-С композита

после 50 (а), 150 (б), 200(в) облучений на установке КСПУ

Таким образом, эрозия С-С композита в значительной степени определяется поведением продольных PAN-волокон, которые выполняют лишь технологическую роль и применяются для «сшивки» поперечных pitch-волокон. PAN-волокна являются слабым местом С-С композита. Если просуммировать всю совокупность данных, полученных автором в экспериментах с углеграфитовыми материалами, то следует сделать следующий вывод: при плазменных нагрузках, характерных для срывов тока в ИТЭР, дорогостоящий С-С композит не имеет существенных преимуществ по сравнению с обычным мелкозернистым графитом.

В Заключении сформулированы основные результаты.

Основные результаты и выводы

1. Создан экспериментальный плазменный стенд MK-200UG, предназначенный для проведения исследований взаимодействия потоков плазмы с материалами при интенсивностях потоков 1 - 100 МВт/см². Получены потоки высокотемпературной водородной плазмы для моделирования плазменных нагрузок, ожидаемых в диверторе ИТЭР при срывах тока. Для исследования процессов, происходящих при взаимодействии плазменного потока с материалом, создан специализированный диагностический комплекс.

2. Впервые с применением надежных средств диагностики подробно исследованы не только конечные результаты воздействия мощного потока плазмы на материалы (эрозия, продукты эрозии и т.п.), но также и сам процесс взаимодействия. Установлено, что слой мишенной плазмы, образующийся в результате испарения и ионизации материала мишени, экранирует поверхность от прямого воздействия плазменного потока. Экранирующий слой играет принципиальную роль в процессе взаимодействия плазменного потока с материалами и в значительной степени определяет как динамику этого процесса, так и его конечные результаты. В частности, при плазменных нагрузках, характерных для срывов тока в ИТЭР, эрозия материалов, обусловленная их испарением, уменьшается в сотни раз из-за эффекта экранировки.

3. Показано, что при облучении любого твердотельного материала потоком плазмы с интенсивностью w 10 МВт/см² экранирующий слой формируется менее чем за 1 - 2 мкс, после чего тепловое воздействие на материал полностью определяется процессами передачи энергии в экранирующем слое. В случае тяжелых материалов, состоящих из элементов с большим Z (медь, сталь, молибден, вольфрам), энергия доставляется на поверхность мишени, в основном, за счет излучения, а для материалов с малым Z (графит, C-C композит, оргстекло, нитрид бора) более существенную роль играет теплопроводность.

4. Впервые исследован полный баланс энергии и сделан вывод об определяющей роли радиационных потерь: энергия плазменного потока эффективно поглощается экранирующим слоем, и основная её часть рассеивается в виде излучения мишенной плазмы. В результате, до поверхности мишени доходит лишь незначительная часть энергии потока, соответственно, эрозия материала существенно снижается. Однако, излучение экранирующего слоя настолько интенсивное, что вызывает эрозию окружающих материалов, не находящихся в контакте с плазмой. Применительно к дивертору ИТЭР это означает, что не только приемные пластины, но и соседние элементы дивертора нужно изготавливать из эрозионностойких материалов.

5. В результате проведенных экспериментальных исследований получены надежные данные об основных характеристиках плазмы экранирующего слоя, включая плотность, температуру, ионизационное состояние, а также их пространственное распределение и временную эволюцию для ряда материалов, в том числе, для углеграфитов и вольфрама, являющихся основными теплозащитными материалами для дивертора ИТЭР. Впервые экспериментально доказано, что при сравнительно небольшой интенсивности плазменного потока w = 10 МВт/см² мишенная плазма нагревается до температуры Т = 40 - 70 эВ, в то время как предсказываемые значения не превышали 10 эВ.

6. Впервые детально исследованы излучательные характеристики образующейся мишенной плазмы и показано, что излучение плазмы экранирующего слоя сосредоточено в сравнительно узком коротковолновом диапазоне ? = 30 - 300 Е независимо от сорта облучаемого материала. Учитывая высокую эффективность преобразования энергии плазменного потока в излучение, этот факт открывает новые возможности в создании мощных источников коротковолнового излучения на основе взаимодействия плазменных потоков с материалами. При этом спектр излучения можно менять простой заменой облучаемого материала.

7. Возможность прямых измерений температуры, плотности и одновременно с этим спектра излучения плазмы любого твердотельного материала представляет самостоятельный научный интерес, так как эти данные могут быть использованы (и уже используются) для разработки и уточнения соответствующих моделей излучения.

8. Показано, что за счет действия эффекта экранировки испарение материалов не представляет серьезной угрозы с точки зрения эрозии и разрушения облучаемых плазмой элементов дивертора. Реальную угрозу представляют макроскопические механизмы эрозии, именно эти механизмы будут определять время жизни элементов дивертора, а также количество опасной материальной пыли, накапливающейся в вакуумной камере ИТЭР.

9. Экспериментально доказано, что 3-х мерный углеграфитовый композит имеет серьезный недостаток, заключающийся в том, что скорость его эрозии определяется эрозией вспомогательных PAN-волокон, использующихся лишь для того, чтобы соединить друг с другом основные pitch-волокна, которые обладают большой теплопроводностью и которые должны были бы обеспечивать высокую эрозионную стойкость всего материала. Эрозия С-С композита растет с количеством плазменных облучений и через 100-200 облучений сравнивается с эрозией обычного мелкозернистого графита. При плазменных нагрузках, характерных для срывов тока в ИТЭР, дорогостоящий С-С композит не имеет существенных преимуществ по сравнению с обычным мелкозернистым графитом.

10. Экспериментально обнаруженные особенности в эрозии углеграфитовых композитов, а именно тот факт, что большая скорость эрозии вспомогательных PAN-волокон определяет эрозию всего материала в целом позволили сформулировать практические предложения по улучшению свойств С-С композита за счет изменения ориентации технологических PAN-волокон.

11. Установлено, что при облучении металлических мишеней мощным потоком плазмы образуется слой расплава, который под действием потока перемещается по поверхности мишени от центра к периферии. В результате, в центральной части мишени образуется кратер эрозии и его глубина растет пропорционально количеству плазменных облучений. Перемещение расплава по поверхности мишени является универсальным механизмом эрозии для любого металла и вносит основной вклад в результирующую эрозию металлических мишеней. Испарение, а также инжекция капель, обусловленная кипением расплава и развитием в нем гидродинамических неустойчивостей, оказывает незначительное влияние на результирующую эрозию металла, но определяет количество металлической пыли, накапливающейся в вакуумной камере.

12. Полученные в диссертационной работе экспериментальные данные были использованы для разработки и совершенствования расчётных кодов FOREV-1D, FOREV-2D, MEMOS, PEGASUS-3D и A*THERMAL-S, применяемых для моделирования процессов в диверторе токамака-реактора при срывах тока, а также для экстраполяции результатов экспериментальных исследований на условия ИТЭР.

Результаты диссертационной работы могут быть использованы в научно-исследовательских центрах, ведущих исследования по программе УТС и физике плазмы (НИЦ Курчатовский институт, НИИЭФА им. Д.В.Ефремова, ИЯФ им. Г.И.Будкера СО РАН, НИЯУ МИФИ), а также в институтах и лабораториях, разрабатывающих и использующих мощные плазменные источники для решения научных и прикладных задач.

Список основных публикаций автора по теме диссертации

Архипов Н.И., Житлухин А.М., Сафронов В.М., Сиднев В.В., Скворцов Ю.В. Динамика взаимодействия сверхзвукового плазменного потока с твердотельной мишенью // Физика плазмы. 1987. Т. 13. Вып. 5. С. 632.

Arkhipov N.I., Safronov V.M., Skvortsov Yu.V., Zhitlukhin A.M. Interaction of high temperature plasma with solid targets // Fusion Technology 1992. / Eds. C. Ferro, M. Gasporotto, H. Knoepfel. Amsterdam: Elsevier, 1993. V. 1 P. 171.

Архипов Н.И., Житлухин А.М., Сафронов В.М., Скворцов Ю.В. Инжекция и удержание плотной высокотемпературной плазмы с ? = 1 в длинной антипробочной ловушке // Физика плазмы. 1994. Т. 20. № 10. С. 868.

Arkhipov N.I., Bakhtin V.P., Safronov V.M., et.al. Experimental simulation and numerical modeling of vapor shield formation and divertor material erosion for ITER typical plasma disruptions // Journal of Nuclear Materials. 1995. V. 220-222. P. 1066.

Arkhipov N., Bakhtin V., Kurkin S., Safronov V., Toporkov D., Vasenin S., Wuerz H., Zhitlukhin A. Study of structure and dynamics of shielding layer for inclined incidence of plasma stream at MK-200 facility // Journal of Nuclear Materials. 1996. V. 233-237. P. 767.

Hassanein A., Belan V., Konkashbaev I., Nikandrov L., Safronov V., Zhitlukhin A., Litunovsky V. Modeling and simulation of melt-layer erosion during a plasma disruption // Journal of Nuclear Materials. 1997. V. 241-243. P. 288.

Arkhipov N., Bakhtin V., Basylev B., Landman I., Safronov V., Toporkov D., Vasenin S., Wuerz H., Zhitlukhin A. Plasma - surface interaction in ITER tokamak disruption simulation experiments // Fusion Technology. 1997. V. 32. P. 45.

Архипов Н.И., Бахтин В.П., Васенин С.Г., Житлухин А.М., Куркин С.М., Сафронов В.М., Топорков Д.А. Температура экранирующего слоя при взаимодействии высокотемпературной плазмы с поверхностью твердого тела // Физика плазмы. 1998. Т. 24. № 4. С. 340.

Архипов Н.И., Васенин С.Г., Житлухин А.М., Половцев Н.А., Сафронов В.М., Топорков Д.А. Многокадровая М.П.К. - камера для М.Р.-В.У.Ф. - спектроскопии мишенной плазмы // ПТЭ. 1998. № 1. С. 128.

Архипов Н.И., Бахтин В.П., Васенин С.Г., Житлухин А.М., Куркин С.М., Сафронов В.М., Топорков Д.А. Формирование экранирующего слоя при облучении твердотельных материалов мощными плазменными потоками // Физика плазмы. 1999. Т. 25. № 3. С. 263.

Basylev B., Landman I., Safronov V. Radiation in plasma target interaction events typical for ITER tokamak disruptions // Fusion Technology. 1996. V. 30. P. 739.

Arkhipov N., Bakhtin V., Vasenin S., Kurkin S., Safronov V., Toporkov D., Zhitlukhin A., Rockett P. and Hunter J. Absolute VUV Spectroscopy of an Eroding Graphite Target Using a Calibrated CCD Camera // Journal of Nuclear Materials. 1999. V. 266-269. P. 751.

Arkhipov N., Bakhtin V., Kurkin S., Safronov V., Toporkov D., Vasenin S., Wuerz H., Zhitlukhin A. Study of plasma-material interaction under high heat flux // Problems of Atomic Science and Technology; Series “Plasma Physics.” 1999. No. 1-2. P. 121.

Arkhipov N., Bakhtin V., Safronov V. et.al. Material erosion and erosion products in disruption simulation experiments at the MK-200 UG facility // Fusion Engineering and Design. 2000. V. 49-50. P. 151.

Arkhipov N., Bakhtin V., Kurkin S., Toporkov D., Safronov V., Vasenin S., Wuerz H., Zhitlukhin A. VUV radiation during plasma/surface interaction under plasma stream power density of 20 40 MW/cm² // Problems of Atomic Science and Technology; Series “Plasma Physics.” 2000. No. 6. P. 97.

Scaffidi-Argentina F., Safronov V., Arkhipov I. et al. Erosion mechanisms and products in graphite targets under simulated disruption conditions // Journal of Nuclear Materials. 2000. V. 283-287. P. 1111.

Архипов Н.И., Бахтин В.П., Васенин С.Г., Житлухин А.М., Сафронов В.М., Топорков Д.А. Измерение эрозии кварца в реальном масштабе времени в экспериментах по моделированию тепловых нагрузок на диверторные пластины при срывах в токамаке // Физика плазмы. 2001. Т. 27. № 3. С. 243.

Safronov V., Arkhipov N., Bakhtin V., et.al. Material erosion and erosion products under plasma heat loads typical for ITER hard disruptions // Journal of Nuclear Materials. 2001. V. 290-293. P. 1052.

Bazylev B., Landman I., Pestchanyi S., Safronov V., Wuerz H. Macroscopic erosion of divertor and first wall armour in future tokamaks // Journal of Nuclear Materials. 2002. V. 307-311. P. 60.

Архипов Н.И., Бахтин В., Васенин С.Г., Житлухин А.М., Куркин С.М., Сафронов В.М., Топорков Д.А. Баланс энергии при взаимодействии интенсивных потоков высокотемпературной плазмы с материалами // Физика плазмы. 2002. Т. 28. № 4. С. 1.

Safronov V., Arkhipov N., Bakhtin V., et.al. Macroscopic erosion of divertor materials under plasma heat loads typical for ITER hard disruptions // Problems of Atomic Science and Technology; Series “Plasma Physics”. 2002. No. 5. p. 27.

Arkhipov N., Bakhtin V., Barsuk V., Kurkin S., Mironova E., Piazza G., Safronov V., Scaffidi-Argentina F., Toporkov D., Vasenin S., Wuerz H., Zhitlukhin A. Erosion mechanisms and erosion products in carbon-based materials // Journal of Nuclear Materials. 2002. V. 307-311. P. 1364.

Pestchanyi S., Safronov V., Landman I. Estimation of carbon fibre composites as ITER divertor armour // Journal of Nuclear Materials. 2004. V. 329-333. P. 697.

Landman I., Pestchanyi S., Safronov V., Bazylev B., Garkusha I. Material surface damage under high pulse loads typical for ELM bursts and disruptions in ITER // Physica Scripta. 2004. T 111. P. 206.

Safronov V.M., Arkhipov N.I., Klimov N.S. et. al. Investigation of erosion mechanisms and erosion products in divertor armour materials under conditions relevant to ELMs and mitigated disruptions in ITER. // Problems of Atomic Science and Technology; Series: Plasma Physics. 2008. No. 6. P. 52.

Bazylev B., Janeshitz G., Landman I., Loarte A., Klimov N.S., Podkovyrov V.L., Safronov V.M. Experimental and theoretical investigation of droplet emission from tungsten melt layer // Fusion Engineering and Design. 2009. V. 84. No. 2-6. P. 441.

Safronov V.M., Arkhipov N.I., Landman I.S. et.al. Evaporation and vapor shielding of CFC targets exposed to plasma heat fluxes relevant to ITER ELMs // Journal of Nuclear Materials. 2009. V. 386-388. P. 744.

Климов Н.С., Подковыров В.Л., Житлухин А.М., Коваленко Д.В., Москачева А.А., Позняк И.М., Сафронов В.М. Разбрызгивание вольфрама при воздействии интенсивного потока плазмы // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Термоядерный синтез. 2009. № 2, C. 52.

Архипов Н.И., Сафронов В.М., Барсук В.А. и др. Эрозия углеграфитовых материалов при облучении интенсивными потоками плазмы // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Термоядерный синтез. 2009. № 4. C. 3.

Климов Н.С., Подковыров В.Л., Житлухин А.М., Архипов Н.И., Барсук В.А., Позняк И.М., Сафронов В.М. Воздействие интенсивных импульсных потоков плазмы на защитные материалы внутрикамерных компонентов термоядерного реактора // Ядерная физика и инжиниринг. 2010. Т. 1. № 3. C. 210.

Список цитируемой литературы

1. Kuroda T., Vieder G., Akiba M. et al. ITER plasma facing components// ITER documentation series. Vienna: IAEA, 1991. No. 30. 148 p.

2. Federici G., Scinner C.H., Brooks J.N. et al. Plasma-material interactions in current tokamaks and their implications for next step fusion reactors // Nuclear fusion. 2001. V. 41. No. 12R. P. 1967.

3. Wuerz H., Landman I., Basylev B., Kappler F., Piazza G., Pechanyi S. Plasma shield formation and divertor plate erosion for ITER tokamak plasma disruption // Journal of Nuclear Materials. 1996. V. 233-237. P. 798.

4. Basylev B., Burdakov A., Kappler F., Koidan V., Landman I., Pestchanyi S., Safronov V., Solyakov D., Tereshin V., Tolkach V., Wuerz H. Hot plasma target interaction and quantification of erosion of ITER slot divertor during disruption and ELMs. // Karlsruhe, 1999. 197 p. (Preprint / Forschunszentrum Karlsruhe: FZKA 6198).

5. Bazylev B., Wuerz H. Melt layer erosion of metallic armour targets during off-normal events in tokamaks // Journal of Nuclear Materials. 2002. V. 307-311. P. 69.

6. Pestchanyi S., Wuerz H. 3-D simulation of macroscopic erosion of CFC under ITER off-normal heat loads // Fusion Engineering and Design. 2003. V. 66-68. P. 271.

7. Hassanein A., Konkashbaev I., Comprehensive model for disruption erosion in a reactor environment // Journal of Nuclear Materials. 1995. V. 220-222. P. 244.

8. Skvortsov Yu.V. Research on pulsed and steady- state plasma guns and their applications in the Troitsk branch of Kurchatov Institute of Atomic Energy // Physics of Fluids. 1992. B 4. No. 3. P. 750.

9. Garkusha I.E., Arkhipov N.I., Klimov N.S. Makhlaj V.A., Safronov V.M., Landman I.S., Tereshin V.I. The latest results from ELM-simulation experiments in plasma accelerators // Physica Scripta. 2009. T 138. P. 14054.

10. Брагинский С.И. Явление переноса в плазме // Cб. Вопросы теории плазмы под ред. М.А. Леонтовича. М.: Госатомиздат. 1963. вып. 1. C. 183.

11. Архипов Н.И., Житлухин А.М., Сафронов В.М., Скворцов Ю.В. Взаимодействие высокотемпературной плазмы с твердотельными материалами // Москва, 1992. 55 с. (Препринт / ИАЭ: 5343/7).

12. Arkhipov N.I., Bakhtin V.P., Safronov V.M. et al. Plasma temperature measurements in disruption simulated experiment // Fusion Technology 1994. / Eds. K. Herschbash, W. Maurer, J.E. Vetter. Amsterdam: Elsevier, 1995. V. 1. P. 395.

13. Post D.E., Jensen R.V., Tarter C.B., Grasberger W.H. Steady-state radiative cooling of low-density high-temperature plasmas // Princeton, Princeton University, 1977, 85 p. (Preprint Princeton University PPPL-1352).

14. Clark R., Abdallah J., Post D. Radiation rates for low Z impurities in edge plasmas // Journal of Nuclear Materials. 1995. V. 220-222. P. 1028.

15. Peacock A.T., Merola M., Pick M.A., Titey R. Status of CFC development in Europe for ITER. // Physica Scripta. 2007. T 128. P. 23.

Размещено на Allbest.ru