Характеристики разряда в термоядерном устройстве существенно зависят от содержания примесей в плазме

Вид материала

Содержание

Подобный материал:

УДК 533.9(06)+621.039(06) Физика плазмы и управляемый термоядерный синтез

Л.Б. БЕГРАМБЕКОВ, В.В. КРУТИКОВ

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИЙ ЗОНД

ДЛЯ ТОКАМАКА Т11-М

Характеристики разряда в термоядерном устройстве существенно зависят от содержания примесей в плазме. Особое значение имеет контроль примеси, поступающей со стенки в пристеночную и центральную область токамака. В работе представлены результаты разработки масс-спектрометрического зонда для токамака Т11-М, способного обеспечить регистрацию основных примесей: лития (7 а.е.м.), углерода (12 а.е.м.), кислорода (16 а.е.м.) Масс-спектрометрический зонд основан на разделении ионов по массам в скрещенных электрическом и магнитном полях. Электрическое поле формируется системой электродов зонда, в качестве магнитного поля используется магнитное поле токамака. В докладе приводятся разработанная конструкция зонда и результаты численного и экспериментального моделирования его работы.

Д.К. КОГУТ, В.А. КУРНАЕВ, С.А. КАМНЕВА¹

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

¹Институт ядерного синтеза РНЦ "Курчатовский институт", Москва

СОБИРАЮЩИЙ ЗОНД ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ НЕЙТРАЛОВ
ПЕРЕЗАРЯДКИ В ПЕРИФЕРИЙНОЙ ОБЛАСТИ

ТОКАМАКА Т-10

Разработан пассивный зонд для изучения углового распределения нейтралов перезарядки в периферийной области плазмы. После облучения в камере токамака при помощи вторичной ионной масс-спектрометрии изучается пространственное распределение захваченного дейтерия в кремниевом образце и на основании полученных результатов делаются выводы об угловом распределении быстрых нейтралов. Зонд также позволяет изучать напыление углеводородных плёнок и захват низкоэнергетичных ионов водорода в пристеночном слое токамака. После облучения образцов из Та были получены ТДС спектры для различных направлений потоков частиц.

О.А. БАШУТИН, Е.Д. ВОВЧЕНКО, Э.И. ДОДУЛАД, А.С. САВЁЛОВ, С.А.САРАНЦЕВ

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

ОПТИМИЗАЦИЯ УЗЛОВ АВТОНОМНОЙ УСТАНОВКИ
ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ Z-ПИНЧА

На кафедре «Физика плазмы» МИФИ осуществлен физический пуск установки для исследования импульсных разрядов типа Z-пинч. Ее основным отличием от созданных на кафедре ранее является применение современного вакуумного оборудования, с помощью которого обеспечиваются достаточно «чистые» вакуумные условия и ее автономность. Автономность в данном случае подразумевает создание малогабаритной системы силового питания и управления установкой. В работе приводятся схемные решения созданной аппаратуры, ее параметры и первые экспериментальные результаты.

О.А. БАШУТИН, Е.Д. ВОВЧЕНКО, А.C. САВЕЛОВ, Е.А. СВЕТЛОВ, Г.Х. САЛАХУТДИНОВ

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

КОМПЛЕКСНОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПЛАЗМЫ

В МИКРОПИНЧЕВЫХ РАЗРЯДАХ

Для получения информации о характере ускорительных механизмов в микропинчевой плазме на различных установках кафедры физики плазмы был применен ряд диагностических методик. Одновременно исследовались спектры рентгеновского излучения и надтепловых электронов, эмитируемых разрядом вдоль оси. Рентгеновские спектры измерялись методом серых фильтров с использованием различных видов детекторов (сцинтилляционными спектрометрами, термолюминесцентными детекторами, рентгеновскими фотопленками) в широком диапазоне энергий. Одновременно снимались обскурограммы микропинчевого разряда. Спектр быстрых электронов измерялся с помощью магнитного анализатора. Установлена корреляция рентгеновского и электронного спектров.

О.А.БАШУТИН, A.C. САВЕЛОВ, Е.А. СВЕТЛОВ,

Г.Х. САЛАХУТДИНОВ, И.А.ПИНЯЕВА

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

МЕТОДЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ РЕНТГЕНОВСКОГО СПЕКТРА ПО КРИВЫМ ОСЛАБЛЕНИЯ

Спектры рентгеновского излучения плазменных объектов позволяют получить информацию о параметрах плазменного объекта. Поэтому точность восстановления спектра по результатам измерения с помощью различного типа датчиков критически важна для определения истинного распределения частиц в плазме. На основе моделирования методом Монте-Карло, учитывающим важнейшие параметры регистрирующей системы при использовании детектирующей системы на основе серых фильтров, разработан метод восстановления спектров с повышенной точностью.

И.М. ПОЗНЯК, Н.С. КЛИМОВ¹, Д.С. ПЕТРОВ²

Московский физико-технический институт (государственный университет)

¹ФГУП ГНЦ РФ Троицкий институт инновационных и термоядерных
исследований

²Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

ЛАЗЕРНАЯ ДИАГНОСТИКА ПРОДУКТОВ
МАКРОСКОПИЧЕСКОЙ ЭРОЗИИ МАТЕРИАЛОВ
ПОД ВОЗДЕЙСТВИЕМ ИНТЕНСИВНЫХ ПОТОКОВ ПЛАЗМЫ

Предложен метод определения удельной поверхности продуктов макроскопической эрозии (капель и твердых кусочков вещества микронных и субмикронных размеров) материалов при воздействии интенсивных потоков плазмы. Среднее значение удельной поверхности эродировавшего материала определяется по скорости затухания луча лазера, проходящего сквозь «облако» продуктов эрозии. Метод апробирован на суспензиях, в которых в качестве твердой дисперсной фазы выступали графитовый и медный порошки с известными распределениями частиц по размерам. Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 08-02-13612 ОФИ-Ц.

И.О. БЫКОВ, В.А. КУРНАЕВ, Д.А. НОВИКОВ

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ АНАЛИЗ ПЛАЗМЕННО-ПЫЛЕВЫХ СТРУКТУР В ВЧ РАЗРЯДЕ ЕМКОСТНОГО ТИПА
ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ЧАСТОТАХ ЕГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Разработана методика получения и исследования парных корреляционных функций плазменно-пылевых структур из цифровых снимков плазмы ВЧ емкостного разряда. Выполнен корреляционный анализ пылевых структур, полученных при различных частотах его возбуждения. Выявлены различные фазовые состояния ансамбля частиц конденсированной фазы, возникающие при изменении частоты возбуждения разряда и давления в камере и продемонстрирована возможность изменения фазовых свойств плазменно-пылевых структур при помощи внешних воздействий.

В.А. КУРНАЕВ, Д.Н. СИНЕЛЬНИКОВ, Н.В. ТАТАРИНОВА

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

Низкополевая эмиссия заряженных частиц

Известно, что в установках по удержанию плазмы типа токамак между плазмой и первой стенкой создаётся дебаевский слой, напряженность электрического поля в котором может достигать 10⁴ В/м. Это поле может вызвать эмиссию заряженных частиц в плазму, что приведет к изменению её свойств. Ранее было установлено, что эмиссионные процессы, зависят от газонасыщенности поверхности, которая может изменяться при бомбардировке первой стенки частицами из плазмы. Как следствие, эмиссионная способность обращенных к плазме элементов должна зависеть от температуры, пористости поверхности и времени откачки. В работе приведены результаты измерений в высоком вакууме эмиссионных характеристик в зависимости от этих параметров пористого графита как одного из материалов первой стенки термоядерных установок.

Ю.М. ГАСПАРЯН, А.А. ПИСАРЕВ, М. МАЙЕР¹, И.РОТ¹

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

¹Институт физики плазмы Макса Планка, Гархинг, Германия

ВЛИЯНИЕ УГЛЕРОДНЫХ ПЛЕНОК НА ПРОНИЦАЕМОСТЬ ДЕЙТЕРИЯ ЧЕРЕЗ ВОЛЬФРАМ

Представлены результаты экспериментов по проницаемости дейтерия через вольфрам, покрытый аморфной углеродной пленкой, в ходе облучения пучком ионов дейтерия D₃⁺ с энергией 200 эВ/D при температуре 600 ºС. В ходе эксперимента пленка распыляется и проходит значения толщины от исходной (100 нм) до чистой поверхности. В зависимости от толщины пленки наблюдается как увеличение, так и уменьшение проникающего потока по сравнению с чистой поверхностью вольфрама, с максимумом при толщине пленки, порядка средней глубины внедрения. При толщинах пленки больше зоны внедрения, когда отсутствует прямое внедрение дейтерия в вольфрам, проникающий поток близок к нулю. Приведено также сравнение эксперимента с расчетной моделью. Работа выполнена при поддержке гранта общества Гельмгольца.

К.А. МОШКУНОВ, К. ШМИД¹, В. ЯКОБ¹

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

¹Институт Физики Плазмы им. Макса Планка

ЗАХВАТ ДЕЙТЕРИЯ В БОРОНИЗИРОВАННЫЙ ВОЛЬФРАМ И
В ВОЛЬФРАМ, ПОКРЫТЫЙ ОКСИДОМ АЛЮМИНИЯ

В работе представлены результаты измерений количества дейтерия, внедренного в модифицированный вольфрам при плазменном облучении. Модификация вольфрама заключалась в боронизации, проведенной в токамаке ASDEX Upgrade, и в нанесении на вольфрам тонкой пленки оксида алюминия. Представлены результаты исследования пленок в электронном микроскопе, с помощью эллипсометрии, а также измерения количества дейтерия в образце после плазменного облучения методом ядерных реакций. Кроме того, приведены данные, полученные методом вторичной ионной масс-спектрометрии. Было установлено, что боронизация приводит к внедрению дейтерия только в поверхностный слой вольфрама, а пленка Al₂O₃ – к диффузии дейтерия внутрь вольфрама.

А.А. РУСИНОВ, А.А. ПИСАРЕВ, Б.И. ХРИПУНОВ¹

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

¹РНЦ Курчатовский институт, Москва

захват дейтерия в графит мпг-8 и рг-т-91
при высокодозном плазменном
облучении и высоких температурах

Исследован захват ионов дейтерия в графит мпг-8 и рг-т-91 (легированый титаном графит) при высокодозном плазменном облучении и высоких температурах методом термодесорбционной спектроскопии (ТДС) и методом ядерных реакций (МЯР). Образцы были облучены на установке ЛЕНТА дейтериевой плазмой. С помощью МЯР были измерены профили концентрации дейтерия вблизи облученной поверхности (на глубине до 8 мкм) в разных точках облученной поверхности, а также концентрация дейтерия на расстоянии 1,7 мм от поверхности облучения. Профили в точках с разными температурами облучения отличаются как количественно, так и качественно. В графите РГ-Т-91 общая концентрация захваченного дейтерия больше, чем в графите МПГ-8.

А.А. АЙРАПЕТОВ, Л.Б. БЕГРАМБЕКОВ, А.А. КУЗЬМИН,
Я.А. САДОВСКИЙ, П.А. ШИГИН

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

ЗАХВАТ ВОДОРОДА В ПИРОЛИТИЧЕСКИЙ ГРАФИТ

И УГЛЕГРАФИТОЫЙ КОМПОЗИТ ПРИ ОБЛУЧЕНИИ
ЭЛЕКТРОНАМИ И ИОНАМИ НИЗКИХ ЭНЕРГИЙ

В работе приведены результаты и анализ экспериментов по облучению углеграфитового композита и пиролитического графита в дейтериевой плазме. Количество захваченного дейтерия убывает при уменьшении энергии ионов, причем даже при облучении электронами количество захваченного дейтерия составляет значительную величину. Захват дейтерия происходит по двум механизмам: «кинетический» (за счет кинетической энергией ионов); «потенциальный» (за счёт потенциальной энергии взаимодействия ионов и электронов с поверхностью). Сорбированный на поверхности дейтерий - основной источник захватываемого дейтерия. При низких энергиях ионов и при облучении электронами потенциальный захват обеспечивает большую часть всех захваченных частиц.

А.А. АЙРАПЕТОВ, Л.Б. БЕГРАМБЕКОВ, А.А КУЗЬМИН, Я.А. САДОВСКИЙ, П.А. ШИГИН

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

ЗАХВАТ КИСЛОРОДА И ДЕЙТЕРИЯ В ГРАФИТЕ
ПРИ ПЛАЗМЕННОМ ОБЛУЧЕНИИ

Изучались зависимости захвата кислорода и дейтерия в CFC от энергии облучающих ионов, дозы облучения, от концентрации кислорода в рабочем газе. Обнаружено, что захват дейтерия увеличивается в 6 раз по сравнению с облучением чистым дейтерием при концентрации кислорода в рабочем газе 2%. При небольших концентрациях кислорода в рабочем газе (до 5%) происходит активация поверхности и ускорение захвата водорода из сорбированного на ней слоя. Зависимость захвата кислорода от энергии ионов следует за аналогичной зависимостью для дейтерия, по видимому, дейтерий ускоряет захват кислорода за счет облегчения его проникновения в толщу CFC.

Л.Б. БЕГРАМБЕКОВ, А.А. АЙРАПЕТОВ, А.В. КАЗИЕВ, А.А.КУЗЬМИН

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

ЗАКОНОМЕРНОСТИ УДАЛЕНИЯ КИСЛОРОДА
ИЗ ГРАФИТА И УГЛЕГРАФИТОВОГО КОМПОЗИТА
ПРИ ОБЛУЧЕНИИ В ДЕЙТЕРИЕВОЙ ПЛАЗМЕ

Образцы углеграфитового композита (CFC) и пиролитического графита (PG) имплантировались в дейтериевой плазме с примесью кислорода (D 98% и O 2%) ионами с энергией 100 и 400 эВ. Имплантированные образцы облучались ионами дейтерия тех же энергий, и определялись количеств кислорода и дейтерия, оставшихся в образцах после различных доз облучения. Показано, в частности, что из PG имплантированный кислород (Е_О=400 эВ) удалялся ионами дейтерия (Е_D=400 эВ) после распыления слоя в 6 раз большего его глубины внедрения. Для CFC эта величина увеличивалась до 30. Для удаления кислорода из CFC ионами дейтерия с энергий 100 эВ требовалось распылить более толстый слой, чем ионами с энергией 400 эВ. Количество дейтерия, удерживаемого в образцах, уменьшалось по мере уменьшения количества остающегося в них кислорода.

Ю.М. ГАСПАРЯН, А.А. ПИСАРЕВ, И.В. ЦВЕТКОВ, С.С. ЯРКО

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОНИЦАЕМОСТИ ВОДОРОДА ЧЕРЕЗ ОБРАЗЦЫ ВОЛЬФРАМА С УГЛЕРОДНОЙ ПЛЕНКОЙ

На основании данных новейших экспериментов разработана динамическая модель проницаемости водорода через образцы вольфрама с углеродной пленкой. Модель учитывает процессы распыления пленки атомами пучка, внедрение водорода на глубину по данным TRIM, эффективное снижение рекомбинационного потока с поверхности вольфрама покрытого слоем пленки, компонентный состав пучка: ионы и нейтралы, диффузию и ловушки. Произведены расчеты, соответствующие экспериментальным условиям, и выявлены оптимальные значения параметров, для которых наблюдается хорошая воспроизводимость результатов эксперимента. Показано влияние на проницаемость скорости распыления, неоднородности толщины пленки, пучка и параметров рекомбинации.

Е.Д. МАРЕНКОВ, И.В. ЦВЕТКОВ, А.А. ПИСАРЕВ

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

ПРОНИЦАЕМОСТЬ ВОДОРОДА ЧЕРЕЗ МНОГОСЛОЙНЫЕ МЕМБРАНЫ

Проницаемость водорода через многослойные мембраны представляет интерес для ряда приложений, в частности, является важной задачей для анализа утечек трития через конструкционные материалы в термоядерных реакторах. В данной работе рассмотрена проницаемость через многослойную мембрану в стационарном режиме.

Предложен алгоритм получения решения в общем случае и получены аналитические решения для проницаемости и коэффициента уменьшения проницаемости в четырех предельных случаях. Проанализировано влияние различных свойств многослойных защитных покрытий на величину проникающего потока.

А.С. МЕТЕЛЬ, С.Н. ГРИГОРЬЕВ, Ю.А. МЕЛЬНИК,
В.В. ПАНИН, В.В. ПРУДНИКОВ

Московский государственный технологический университет «Станкин»

РАСПЫЛЕНИЕ МИШЕНИ ИОНАМИ ИЗ ПЛАЗМЫ
ТЛЕЮЩЕГО РАЗРЯДА С ПОЛЫМ КАТОДОМ
В НЕОДНОРОДНОМ МАГНИТНОМ ПОЛЕ

В новом источнике металлического пара плоская мишень диаметром 80 мм и толщиной 15 мм, установленная на дне изолированного от нее полого катода диаметром 120 мм и глубиной 70 мм, распыляется ионами аргона с энергией 1 – 4 кэВ. Постоянный магнит создает неоднородное магнитное поле с индукцией на распыляемой поверхности мишени до 20 мТл, силовые линии которого расходятся от мишени и пересекают поверхность катода. При давлении 0,05 Па и токе катода 1 А ток в цепи мишени составляет 0,6 – 0,8 А при разрядном напряжении между катодом и рабочей камерой 300 – 500 В. При токе в цепи мишени 0,5 А и энергии распыляющих ее ионов аргона 3 кэВ скорость осаждения покрытия на подложку, удаленную от мишени на 0,11 м, составляет 5 – 10 мкм/ч.

Д.К. КОГУТ, Н.Н. ТРИФОНОВ

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

МОДЕЛИРОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ РЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТИ
ПОД ДЕЙСТВИЕМ ИОННОГО ОБЛУЧЕНИЯ

В работе представлена модификация кода SCATTER, основанного на модели парных соударений, позволяющая моделировать изменение произвольного двухмерного рельефа поверхности твёрдого тела под действием ионной бомбардировки. Проведено моделирование облучения поверхности бериллия ионами дейтерия с различной начальной энергией. Рассмотрены варианты поверхности в виде конуса, канавки и щели. Показано, что переотраженные частицы могут вносить существенный вклад в изменения рельефа поверхности.

Л.Б. БЕГРАМБЕКОВ, Н.В. ВЛАСЮК, А.А. ГОРДЕЕВ,

А.Ф. СКРИПИЦЫН

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)

ОСАЖДЕНИЕ В ПЛАЗМЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ
ТОНКИХ СЛОЕВ Cu-Fe и Cu-W

В работе приведены результаты экспериментального исследования закономерностей осаждения в плазме двухфазных слоев Сu-W и сравнительный анализ особенностей роста слоев Cu-W и Cu-Fe. Характер формирования слоев изучался в зависимости от температуры подложки, концентрации компонентов и их толщины. Основные стадии эволюции слоев Cu-Fe и Cu-W оказались одинаковыми: однородный слой - мелкие островки - рост глобул - новое поколение островков. Однако условия их появления и характер развития существенно менялись при замене тугоплавкого компонента. Обсуждаются механизм формирования осаждаемого в плазме двухфазного слоя и влияние тугоплавкого компонента на характер его зарождения и развитие.

ISBN 978-5-7262-1042-1. НАУЧНАЯ СЕССИЯ МИФИ-2009. Том 1

Blog

Характеристики разряда в термоядерном устройстве существенно зависят от содержания примесей в плазме

Содержание