Исследование взаимодействия мощного потока электронно-горячей плазмы с мишенями на многопробочной ловушке ГОЛ-3 тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.08 ВАК РФ

На правах рукописи

ШОШИН Андрей Алексеевич

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МОЩНОГО ПОТОКА ЭЛЕКТРОННО-ГОРЯЧЕЙ ПЛАЗМЫ С МИШЕНЯМИ НА МНОГОПРОБОЧНОЙ ЛОВУШКЕ ГОЛ-3

01.04.08 - физика плазмы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических паук

1 9 МАЙ 2011

НОВОСИБИРСК - 2011

4846742

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

БУРДАКОВ - доктор физико-математических наук,

Александр Владимирович Учреждение Российской академии наук

Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН, г. Новосибирск.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

АРХИПОВ - кандидат физико-математических наук,

Николай Иванович ГНЦ РФ «Троицкий Институт

инновационных и термоядерных исследований», г. Троицк.

ДАВЫДЕНКО - доктор физико-математических наук,

Владимир Иванович Учреждение Российской академии наук

Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, г. Новосибирск.

ВЕДУЩАЯ - Учреждение Российской академии наук

ОРГАНИЗАЦИЯ Институт сильноточной электроники

Сибирского отделения РАН, г. Томск.

Защита диссертации состоится « » ¿^/¿7/4-с? 2011 г.

в « ■/(? » часов на заседании диссертационного совета Д 003.016.03 Учреждения Российской академии наук Института ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН.

Адрес: 630090, г. Новосибирск,

проспект Академика Лаврентьева, 11.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Института ядерной физики имени Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН, г. Новосибирск.

Автореферат разослан « » /-¿¿и?_2011 г.

Ученый секретарь ,

диссертационного совета

доктор физ.-мат. наук / Иванов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Одним из наиболее критических вопросов реализации проекта термоядерного реактора является выбор конструкции и материалов плазмоприемников, находящихся под воздействием высоких радиационных и тепловых нагрузок.. Наиболее остро эта проблема встала на примере строящегося ИТЭРа. В настоящее время установлено, что приемные пластины дивертора ИТЭРа и первая стенка, кроме стационарного потока горячей плазмы, будет подвергаться периодическому импульсному воздействию при срывах и неустойчивостях плазменной границы (ЭЛМы). Первые оценки показали, что импульсная нагрузка в ИТЭРе при срыве составит до 100 МДж/м2 за 1 мс, при этом при срыве формируется поток убегающих электронов, имеющих большую энергию (до сотен МэВ). Хотя такие нагрузки не доступны современным плазменным установкам, достаточно быстро стало понятно, что эрозия при таких нагрузках превышает разумные пределы [1]. Поэтому разрабатываются сценарии работы ИТЭРа без срывов, а также с быстрыми диагностиками, позволяющими предсказать развитие срыва и погасить плазменный разряд до полномасштабного срыва.

Тем не менее остаются колебания плазменной границы, из которых самые большие (ЭЛМ типа I) сопровождаются нагрузкой на дивертор 1 -3 МДж/м2 за 0.1 -0.5 мс, и будут происходить многократно (более Ю3 раз) за выстрел. При таких параметрах ожидается значительная эрозия материалов и существенное влияние продуктов эрозии на параметры горячей плазмы и работу реактора в целом. По аналогии со срывами для ЭЛМов разрабатывают методы уменьшения их пиковой нагрузки разными методами: с помощью инжекции газа и магнитными возмущениями границы плазмы.

В ИТЭРе дивертор будет покрыт вольфрамом и углеродными композитами. На существующих токамаках параметры ЭЛМов ИТЭРа недостижимы, тем не менее на токамаках ведутся исследования эрозии и переосаждения материалов. Для моделирования воздействия ЭЛМов на материалы используются такие установки как плазменные ускорители КСПУ Х-50 (ХФТИ, Харьков, Украина, [2]) и КСПУ-Т (ТРИНИТИ, Троицк), плазменная пушка МК-200 (ТРИНИТИ), установка с электронный пучком JUDITH (FZJ, Юлих, Германия), многопробочная ловушка ГОЛ-3 (ИЯФ СО РАН [3]), а также некоторые другие установки (NAGDIS-II, PSI-2, PISCES-B, ЛЕНТА, PILOT-PSI, MAGNUM-PSI).

ИТЭР не единственный перспективный термоядерный реактор, например, в ИЯФ СО РАН разрабатывается проект многопробочного реактора с нагревом плазмы релятивистскими пучками электронов. В этом проекте также встает вопрос стойкости материалов к потокам плазмы с большим количеством высокоэнергетических частиц. Плазменные ускорители и пушки не способны промоделировать воздействие такого

плазменного потока на материалы (также как и убегающие электроны при срыве в ИТЭРе).

Уникальной особенностью установки ГОЛ-3 является возможность проведения экспериментов по моделированию воздействия плазменных потоков большой мощности на материалы при высоком значении электронной температуры в плазменном потоке. Полученная электронная температура плазмы (2 — 5 кэВ) в ближайшей перспективе недостижима на других линейных машинах. Максимальная плотность потока энергии, достигаемая на мишени, недоступна в данное время другим плазменным установках любого типа. Большая длина (более 15 метров) комплекса ГОЛ-3 делает его уникальным местом для исследования разлета поверхностной плазмы и миграции эродировавшего материала на большие расстояния в термоядерной плазме.

Цель диссертации

Целью диссертации является исследование взаимодействия мощного потока плазмы с мишенями на установке ГОЛ-3: определение параметров падающего плазменного потока и образующейся поверхностной плазмы, определение величины ударной волны в мишени, изучение механизмов и величины эрозии вольфрама и углеродных (в том числе композитных и содержащих литий) материалов при различных плазменных нагрузках, а также параметров переосажденного материала мишени.

Проведение исследования позволит выбрать оптимальный материал для стенки термоядерного реактора, определить максимально допустимый уровень импульсных нагрузок, исследовать параметры поверхностной плазмы и её влияние на основную плазму реактора, предсказать скорость и пути миграции примесей на большие расстояния.

Научная новизна

Впервые проведены эксперименты по исследованию стойкости к облучению мощным плазменным потоком, содержащим высоко-энергетичные электроны, различных углеродных материалов, таких как стеклоуглерод, Сибунит, пироуглерод, а также композитов углеродов с литием. Впервые исследовано распространение плотного облака мишенной плазмы на большие расстояния в термоядерной ловушке. Впервые использован метод измерения высокого давления по сдвигу линии .флюоресценции рубина для измерения импульсного давления.

Вклад автора

Большая часть описанных в диссертации экспериментальных результатов получена непосредственно автором. Им были разработаны и созданы различные держатели мишеней, часть диагностического комплекса ГОЛ-3, проведены необходимые калибровки оптических и спектральных диагностик, проведены расчеты нагрева мишеней и из сравнения с экспериментальными данными определена плотность поглощенной в

мишенях энергии. Им были проведены измерения некоторых параметров поверхностной плазмы, проведены испытания стойкости различных материалов к облучению плазменным потоком, исследованы поверхности различных мишеней после облучения, исследована зависимость эрозии материалов от плотности потока энергии на мишени, изучены параметры эродировавших с поверхности мишеней частиц.

Научная и практическая значимость диссертационной работы

Разработанные в рамках данной работы физические модели эрозии различных материалов и методы уменьшения эрозии будут применяться на различных плазменных установках и проектируемых термоядерных реакторах, в частности токамака ИТЭР, проектов многопробочного реактора и газодинамического источника нейтронов в ИЯФ СО РАН. Также возможно их применение в физике и технике ускорителей при проектировании энергонапряженных узлов конверсии частиц.

Положения, выносимые на защиту

• Проведены измерения плотности потока поглощенной энергии по излучению поверхности мишеней (с проведением расчетов энерговыделения в материалах и их последующего нагрева и разрушения).

• Разработан комплекс диагностик для определения параметров образующейся поверхностной плазмы и исследования скорости ее разлета в продольном и поперечном направлениях. Изучены параметры мишенной плазмы на разных расстояниях от мишени.

• По спектрам молекулярных радикалов проведены измерения скорости химической эрозии графитовых мишеней при их облучении потоком плазмы с плотностью энергии 2 МДж/м2. Химическая эрозия отвечает за 0.5% от полного числа атомов, поступивших в плазму.

• Создан прибор для измерения высоких импульсных давлений по сдвигу линии флуоресценции рубина. Измерено давление внутри мишени (1.5кБар) при воздействии на нее импульсного сильноточного электронного пучка.

• Исследована эрозия и модификация поверхностного слоя вольфрама и углеродных материалов в зависимости от плотности потока энергии на мишень, спектра пучка, проведены сравнения с КСПУ Х-50. Для вольфрама при средних нагрузках обнаружено формирование сети трещин размерами порядка 1000 мкм, кратеров 0200 мкм, ячеек длиной 10 мкм и гранул 0.3 мкм.

Апробация результатов работы

Основные результаты работы неоднократно докладывались на семинарах и конкурсах молодых ученых в ИЯФ СО РАН, на всероссийских и международных конференциях: Звенигородская конференция по физике

плазмы и УТС 2001-2010, Диагностика высокотемпературной плазмы 20032009, Фазовые превращения при высоких давлениях 2002, Забабахинские научные чтения 2007, International Conférence on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows 2004, 2008, Open Magnetic Systems for Plasma Confinement 2002-2010, European Plasma Science Conférence on Controlled Fusion and Plasma Physics 2002, 2006, были опубликованы в ведущих российских и зарубежных научных журналах: Приборы и Техника Эксперимента, Transactions of Fusion Science and Technology, Problems of Atomic Science and Technology. Sériés: Plasma Physics.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Текст диссертации содержит 145 страниц, 93 рисунков и 2 таблицы. Список литературы состоит из 103 ссылок.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении приведен краткий обзор задач и работ в мире по изучению стойкости материалов плазмоприемников. Описаны механизмы микро- и макроэрозии материалов под воздействием плазмы. Рассматривается актуальность рассматриваемых в диссертации вопросов, сформулированы основные цели работы, приводится краткое содержание диссертации, и перечисляются основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе описаны многопробочная ловушка ГОЛ-3 в ИЯФ СО РАН [3], параметры плазменного потока в расширителе ГОЛ-3, схема и параметры экспериментов по облучению мишеней.

Установка ГОЛ-3 предназначена для исследований по нагреву и удержанию плотной плазмы в открытой ловушке. Установка состоит из трех частей: генератора релятивистского электронного пучка У-2, основного соленоида длиной 12 метров и выходного узла (Рис. 1). Конструкция расширителя ГОЛ-3 такова, что магнитное поле уменьшается в 30 - 200 раз при удалении от выходной пробки установки. В связи с тем, что плотность потока плазмы на выходе установки пропорциональна величине магнитного поля, плотность потока энергии меняется на различных расстояниях от выходной магнитной пробки. Наличие большого количества диагностических портов и изменяемая плотность потока энергии сделало выходной узел наиболее удобным местом для проведения экспериментов по исследованию взаимодействия плазмы и материалов. Величина потока энергии на исследуемые материалы варьировалась в разных экспериментах от 30 до 0.03 МДж/м2. Мишени устанавливались под различными углами к падающему потоку плазмы в специальных держателях. Описаны особенности требований к держателям и схемы разработанных и изготовленных держателей (Рис. 2). Также описаны специальные серии экспериментов - с тонким электронным пучком, а также с напуском буферного газа перед исследуемыми мишенями.

Генератор электронного пучка У-2

Система создания предварительной плазмы

Приемник пучка

Многопробочная ловушка ГОЛ-3

Выходной узел

Рис. 1. Масштабная ЗБ-модель многопробочной ловушки ГОЛ-3 (2009 год). Основной соленоид имеет длину 12 метров.

Прозрачи^

ЬтейЙ'щр

Плазменный

Трубка для напуска в газ-бокс криптона от Узел создания импульсного клапана4* предплазмы

Вакуумная камера

Катушки магнитного поля

Рис. 2. Схема экспериментов с газ-боксом в выходном узле ГОЛ-3. Плазменный поток вытекает из основного соленоида слева.

Для модернизации выходного расширителя установки ГОЛ-3 была разработана новая выходная секция для облучения материалов с возможностью регулирования в ней величины магнитного поля в пределах 1-5 Тл и, соответственно, плотности потока энергии на мишени до 30 МДж/м2.

Во второй главе представлены разработанные в ИЯФ СО РАН программы расчета нагрева и разрушения мишеней - ЕМБН и 018\¥АЬЬ.

Полная энергия, выделяющаяся в мишени, измерялась по тепловому излучению ее поверхности. Для определения потока поглощенной энергии используется прокалиброванная ПЗС камера с набором нейтральных светофильтров. Описана калибровка системы по эталонной лампе СИ8-200. Описаны результаты экспериментов по измерению плотности потока поглощенной энергии по излучению поверхности мишеней (Рис. 3). Измеренная температура сравнивалась с результатами расчета энерговыделения и нагрева мишеней, в итоге получали значение плотности потока поглощенной в мишени энергии.

Поток

плазмы.

Мишень

'Отражение'задней поверхности мишени

Рис. 3. Фотография мишени через светофильтры при ее облучении мощным потоком плазмы. Мишень разогревается до температуры 2900 °К.

В третьей главе описан диагностический комплекс для исследования поверхностной плазмы (Рис. 4), включающий в себя набор спектральных диагностик, спектральноселективную фотографическую систему, а также рентгеновскую гамма-обскуру. Представлены результаты измерений с использованием спектральных систем, по которым измерены параметры поверхностной плазмы, в том числе плотность и температура. Для исследования скорости расширения и скорости диффузии примесной плазмы были проведены специальные эксперименты с инжекцией крупинок в плазму в центральном соленоиде ГОЛ-3. С помощью различных оптических

диагностик были определены плотность Пс~(2-ЧО)-Ю20 м"3, скорость продольного расширения 1-2106 см/с. и коэффициент поперечной диффузии примесной плазмы 0.5 м2/с. Обнаружено, что плотность расширяющегося облака примесной плазмы мало изменяется с расстоянием от мишени.

плазмы, 2 - мишень, 3 - фотографическая система для измерения пространственного распределения интенсивности спектральных линий, 4 -обзорный спектрометр, 5 - спектрометр высокого разрешения.

Рис. 5. Схема диссоциации легких углеводородов.

Для исследования вклада химической эрозии в разрушение поверхностного слоя графита были проведены измерения распределения и абслютной интенсивности излучения полос молекул С2 и СН. Молекулы С2 и СН появляются в результате диссоциации образующихся на поверхности твердого тела молекул углеводородов метановой и этановой групп. Сами углеводороды не имеют оптических переходов в видимой области и не могут быть непосредственно обнаружены методами оптической спектроскопии. На основании проведенных экспериментов и расчетов параметров цепочки диссоциации углеводородов и их излучательных способностей (Рис.5) была

определена скорость химической эрозии на поверхности графита 2-1018атомов/(см с) при плотности потока энергии 2.0 МДж/м2. Полный поток углерода с поверхности облучаемого графита также определялся с помощью спектральных методов - 3.2-1020 атомов/(см2с). Таким образом было показано, что химическая эрозия при данных условиях отвечает только за 0.5% эродировавшего углерода.

В четвертой главе представлены эксперименты по измерению величины волны высокого давления, образующиеся в твердом теле при облучении мощным потоком плазмы. Первые эксперименты по измерению величины волн высокого давления были проведены с использованием химических веществ (СёБ и (ИН^ЗИ^), которые имеют фазовый переход при высоком давлении. Методами дифрактометрии были обнаружены не описанные в литературе переходы между фазами даже без приложения высокого давления, а только после зажатия в разработанном держателе.

Затем была разработана ячейка высокого давления внутри которой был зажат рубин. Под воздействием давления происходит сдвиг линий флуоресценции рубина К1 (694.23 нм) и И2 (692.8 нм) в красную область, ЛЯ [нм] = 0.0365[кБар]. Ячейка была протестирована и было показано, что метод работает для измерения импульсного давления. Эксперименты показали, что дополнительная накачка флюоресценции рубинового кристалла тормозным излучением от электронного пучка позволяет использовать ячейку без лампы накачки. Измеренное в экспериментах давление внутри ячейки достигает 1.1 кБар при длительности импульса 8 мкс.

В пятой главе представлены исследования материалов после воздействия плазменного потока. При моделировании поведения плазмопремников под действием больших нагрузок эквивалентных срывам в токамаках необходимо учитывать не только величину плотности энергии, но и энергетическую функцию распределения падающего корпускулярного потока на мишень. Однако, на существующих установках распределение либо является тепловым с температурой порядка сотен электрон вольт, либо имеющее ярко выраженную большую энергию 100 - 1000 кэВ. В режиме тонкого пучка на ГОЛ-3 были проведены эксперименты по облучению вольфрамовых мишеней с разным спектром электронов в падающем плазменном потоке. Разный спектр электронов опрелялся разной эффективностью релаксации электронного пучка в плазме ГОЛ-3 [3].

Также были проведены совместные эксперименты по облучению вольфрама и графита с одинаковой плотностью потока энергии на двух разных установках - ГОЛ-3 и КСПУ Х-50 [2]. После облучения на обеих машинах произошли структурные изменения поверхности мишеней, при этом, их качество и величина получились практически одинаковыми (Рис. 6). Это означает, что, несмотря на качественные отличия энергетических функций распределения падающих потоков, важнейшую роль при таком

воздействии играет величина приходящей на плазмоприемник плотности энергии.

Рис. 6. Облученные на ГОЛ-3 и КСПУ Х-50 с нагрузкой 10 МДж/м2 и необлученная поверхности вольфрама. Снимки РЭМ в одном масштабе.

Также была исследована зависимость эрозии поверхности вольфрама от плотности потока энергии в плазменном потоке и многократного облучения.

При малой плотности потока энергии (менее 5 выстрелов по 0.5 МДж/м2): переплавления поверхности не происходит, меняется шероховатость. При увеличении нагрузки: переплавление поверхности, кратеры диаметром 50 - 300 мкм, сеть трещин 0.3 микрон в виде гранул. При средней плотности потока энергии (5 выстрелов по 2.1 МДж/м2): переплавление слоя, эрозия: сеть трещин размерами 1000, 10, 0.3 микрон, образуются кратеры диаметром 300 - 50 микрон, глубиной 20 микрон.

При больше средней плотности потока энергии (9 выстрелов по 4 МДж/м2): вместо сети трещин 1000 мкм образуются волнообразная поверхность, сеть ячеек 10 мкм остается, сеть ячеек 0.3 микрон исчезает. Перепад высот на поверхности - сотни микрон (Рис. 7). При большой плотности потока (12 МДж/м2): эрозия свыше 150 мкм за выстрел.

Методом КР спектроскопии было проведено исследование модификации поверхности углеродных материалов после облучения, а также

влияния на модификацию напуска перед мишенями буферного газа. Показано, что качество исходного графита влияет на последующую его модификацию. После облучения размеры кристаллитов графита увеличиваются по сравнению с исходными, т.е. происходит графитизация поверхности углеродных мишеней. Напуск буферного газа приводит к большему размеру кристаллов вр2 фазы нежели без газового облака.

Рис. 7. РЭМ снимок поверхности после 9 выстрелов по 4 МДж/м2.

Также проведены исследования стойкости содержащих литий углеродных мишеней. Разработаны и протестированы под потоком плазмы мишени из углерод-литиевого композитов и покрытого литием графита. Измеренная температура поверхностной плазмы составила около 1 эВ. Определен поток атомарного лития с поверхности - 1020 атомов/(см2 с).

Существенной проблемой создания термоядерного реактора является образование пыли, ее миграция и захват трития. В связи с этим актуальным является определение путей и скорости миграции углерода в установках с горячей плазмой. Для исследования размеров частиц пыли и путей и скорости миграции примесей в камере установки ГОЛ-3 были установлены приемники эродировавшего материала на разном расстоянии от мишеней, от 3 см до 12 метров. Анализ пылесборников показал, что с графитовой мишени летят частицы размером от 30 до 0.02 мкм, размер эродировавших частиц вольфрама варьируется от 100 до 0.05 мкм. Для исследования величины эрозии и толщины осажденных на приемниках пленок был использован метод ЗБ реконструкции поверхности с помощью стереоизображений с

В Заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.

Основные результаты

На многопробочной ловушке ГОЛ-3 проведены комплексные исследования взаимодействия мощных потоков электронно-горячей плазмы с материалами термоядерных реакторов. Разработаны и использованы адекватные задаче экспериментальные методики (держатели мишеней, методы диагностики поверхностной плазмы, методы исследования материалов после облучения). Разработана новая станция по облучению материалов на установке ГОЛ-3.

Проведены расчеты энерговыделения в материалах и их последующего нагрева и разрушения.

Проведены измерения плотности потока поглощенной энергии по излучению поверхности мишеней.

Разработан комплекс диагностик для определения параметров плазменного потока, попадающего на поверхность исследуемых мишеней, характеристик образующейся поверхностной плазмы и исследования скорости ее разлета в продольном и поперечном направлениях.

В экспериментах по инжекции твердотельных мишеней в горячую плазму определена величина диффузии примесей поперек магнитного поля. Измерения дают оценку на скорость поперечной диффузии поверхностной плазмы 0.5 м2/с.

Изучены параметры мишенной плазмы на разных расстояниях от точки инжекции; скорость расширения плазмы на расстоянии 0.8—4.5 м составляет (Н2)-10б см/с (скорость для углерода с 10-50 эВ); плазма с пс~(2^Ю)-10мм"3 распространяется на расстояние ~5 м в гофрированном поле с небольшой потерей частиц; атомы углерода в облаке имеют в основном зарядность +1+2;

Проведены измерения скорости химической эрозии графитовых мишеней при их облучении потоком плазмы с плотностью энергии 2 МДж/м2. В исследуемом режиме химическая эрозия дает около 0.5% от полного числа атомов, поступивших в плазму, при этом полная глубина эрозии (1 мкм за выстрел) определяется макроскопическим разрушением поверхностного слоя с образованием пыли.

Проведены эксперименты по исследованию волн высокого давления в твердом теле при импульсном облучении потоком плазмы.

Создан прибор для измерения высоких импульсных давлений. Проведены исследования сдвига линии флюоресценции рубина 111 при ударном воздействии на рубин. Измерено давление внутри мишени при воздействии на нее импульсного сильноточного электронного пучка. Давление достигает величины 1.1 кБар.

Исследована эрозия вольфрама в зависимости от плотности потока энергии на мишень, спектра пучка, проведены сравнения с КСПУ Х-50. При

средних нагрузках обнаружено формирование сети трещин размерами порядка 1000 мкм, кратеров 0 200 мкм, ячеек 10 мкм и гранул 0.3 мкм.

Исследована модификация поверхности углеродных материалов под воздействием мощного потока плазмы. Показано, что качество исходного графита влияет на последующую его модификацию. После облучения размеры кристаллитов графита увеличиваются по сравнению с исходными, т.е. происходит графитизация поверхности углеродных мишеней.

Проведены эксперименты по напуску буферного газа (криптона) перед облучаемой мишенью (вольфрам, графиты). Излучение плазмы при прохождении буферного газа исследовалось набором болометров. Напуск газа увеличивает поперечный поток энергии вблизи входа плазмы в газ-бокс. Показано, что модификация поверхности графитов приводит к большему размеру кристаллитов графита нежели без газового облака.

Разработаны и протестированы под потоком плазмы мишени из углерод-литиевого композитов и покрытого литием графита. Температура поверхностной плазмы составила около 1 эВ. Определен поток атомарного лития с поверхности - Ю20 атомов/(см2-с).

Проведены исследования пылесборников, установленных на разных расстояниях от мишеней, которые показали, что осаждаются частицы с характерными размерами от 100 до 0.02 мкм.

Основные результаты опубликованы в следующих работах:

1. A.B. Аржанников, В.Т. Астрелин, A.B. Бурдаков, ... A.A. Шошин и др. Воздействие мощного плазменного потока на вольфрамосодержащие конструкционные материалы. // Тезисы докладов XXVIII Звенигородской конференции по физике плазмы и УТС, М, 2001, С.241.

2. Р.Ю. Акентьев, A.B. Аржанников, В.Т. Астрелин, ... A.A. Шошин и др. Инжекция крупинок в электронно-горячую плазму на установке ГОЛ-3-II // Там же. С.69.

3. A.V.Arzhannikov, E.V.Boldyreva, V.V.Boldyrev, A.A.Shoshin, et al. Application of high-power microsecond REB for inducing solid-state transformations under special pulse-pressure conditions. // Digest of Technical Papers Pulsed Power Plasma Science 2001, Las Vegas, USA, P.1328-1331.

4. A.B. Аржанников, B.B. Болдырев, E.B. Болдырева, ... A.A. Шошин, и др. Превращения твердых веществ под действием краткоимпульсного давления, формируемого в мишени при облучении пучком релятивистских электронов. // Российская конференция "Фазовые превращения при высоких давлениях" ФВД-2002, Черноголовка.

5. Акентьев Р.Ю., Аржанников A.B., Астрелин В.Т., ... Шошин A.A. и др. Исследование горячей плазмы в многопробочной ловушке ГОЛ-3 при помощи спектроскопии высокого разрешения. // Тезисы докладов XXIX Звенигородской конференции по физике плазмы и УТС, 2002, С.71.

6. Я Yu. Akent'ev, А. V. Arzhannikov, V.T. Astrelin,... A.A. Shoshin et al. Study of

GOL-3 multiple mirror trap by high resolution spectroscopy. // 29th Conference on Plasma Physics and Controlled Fusion, Montreux, Switzerland, 2002.

7. V.T. Astrelin, A.V. Burdakov, LA. Ivanov, ... A.A. Shoshin et al, Plasma Spectroscopy at the GOL-3 Facility. // Transactions of Fusion Science and Technology, Vol.43, No IT, 2003, P.253-255.

8. Р.Ю. Акеитьев, A.B. Бурдаков, И.А. Иванов, ... А.А. Шошин и др. Спектроскопический комплекс для исследования плазмы на установке ГОЛ-3. // Приборы и техника эксперимента, № 2, 2004, С.98-104.

9. А. V. Arzhannikov, V.V. Boldyrev, A.V. Burdakov, ... A.A. Shoshin, et al, Investigation of Pressure Pulse Formation in Target Exposed by Stream of Relativistic Electrons and Hot Plasma. // Proceedings of 7th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows. Tomsk, Russia, 2004, P.203-205.

10. A.B. Аржанников, В.В. Болдырев, A.B. Бурдаков, ... A.A. Шошин и др. Измерение импульсных высоких давлений по сдвигу линий флуоресценции рубина. // ПТЭ, 2006, № 2, С. 157-161.

11. V.V.Postupaev, V.T.Astrelin, A.V.Burdakov, ... A.A.Shoshin, et al. Pellet Injection Experiments at GOL-3 Multimirror Trap for Plasma Fueling and Plasma-Surface Interaction Research. // 33th European Physical Society Conference on Controlled Fusion and Plasma Physics, Roma, 2006, P4.101.

12. A.V.Burdakov, V.T.Astrelin, I.A.Ivanov, ... A.A.Shoshin, et al, Use of pellet injection technology at GOL-3 for plasma fueling and plasma-surface interaction research. // Transactions of Fusion Science and Technology, Vol.51, No.2T, 2007, P.355-357.

13. A.B. Бурдаков, Э.Р. Зубаиров, И.А. Иванов, ... A.A. Шошин и др. Исследование взаимодействия мощного плазменного потока с твердым телом на установке ГОЛ-3. // Тезисы докладов XXXIV Международной (Звенигородской) конференции по физике плазмы и УТС, 2007, С.76.

14. С.В. Полосаткин, А.В. Аржанников, В.Т. Астрелин, ... А.А. Шошин и др. Исследование взаимодействия мощного плазменного потока с твердым телом на установке ГОЛ-3. // XII Всероссийская конференция "Диагностика высокотемпературной плазмы", г.Троицк, 2007, С.116-117.

15. В.В. Поступаев, А.В. Аржанников, В.Т. Астрелин, ... А.А. Шошин и др. Диагностический комплекс многопробочной ловушки ГОЛ-3. // Там же. С.168.

16. С.В. Полосаткин, А.В. Аржанников, В.Т. Астрелин,... А.А. Шошин и др. Спектроскопические исследования на установке ГОЛ-3 взаимодействия мощного плазменного потока с твердым телом. // Приборы и техника эксперимента, 2008, №2, С. 100-107.

17. I.E. Garkusha, A.V. Burdakov, V.V. Chebotarev, ... A.A. Shoshin, et al. Plasma-surface interaction during ITER transient events: simulation with QSPA Kh-50 and GOL-3 facilities. // Problems of Atomic Science and Technology. Series: Plasma Physics. 2008, № 6, P.58-60.

18. A. A. Shoshirt, А. V. Burdakov, B.F. Bayanov, et al. Study of Interaction of High Power Plasma Stream with Lithium-Carbon Composites. // Proceedings of 9th International Conference on Modification of Materials with Particle Beams and Plasma Flows: Tomsk, 2008, P.200-203.

19. I.A. Ivanov, A.V. Burdakov, K.N. Kuklin, ... A.A. Shoshin, et al, Structure Modification of Surface of Fine-Grained Graphite and Glassy Carbon under High-Power Action by Hydrogen Plasma. // Там же. P.197-199.

20. A.A. Шошин, A.B. Аржанников, B.T. Астрелин, и др. Исследование модификации поверхности твердых тел под воздействием мощного потока плазмы на установках ГОЛ-3 и КСПУ Х-50. // Тезисы докладов XXXVI Международной (Звенигородской) конференции по физике плазмы и УТС, Звенигород, 2009, С.93.

21. В.В. Поступаев, А.В. Аржанников, В.Т. Астрелин, ... А.А. Шошин и др. Статус и развитие диагностического комплекса многопробочной ловушки ГОЛ-3. // Тезисы докладов XIII Всероссийской конференции "Диагнос-тика высокотемпературной плазмы", Звенигород, 2009, С. 131132.

22. A.A. Shoshin, А. V. Arzhannikov, А. V. Burdakov, at al. Structure Modification of Different Graphite and Glassy Carbon Surfaces under High Power Action by Hydrogen Plasma. // Abstracts of 8th Intern. Conf. on Open Magnetic Systems for Plasma Confinement, Novosibirsk, Russia, 2010, P.90.

23. A.A. Shoshin, A.V. Arzhannikov, A.V. Burdakov, et al. Plasma-Surface Interaction during ITER Type I ELMs: Comparison of Simulation with QSPA Kh-50 and the GOL-3 Facilities. // Там же. P.25.

24. A.A. Shoshin, A.V. Arzhannikov, A.V. Burdakov, at al.,Structure Modification of Different Graphite and Glassy Carbon Surfaces under High Power Action by Hydrogen Plasma. // Transactions of Fusion Science and Technology, принято к печати.

25. A.A. Shoshin, A. V. Arzhannikov, A. V. Burdakov, et al. Plasma-Surface Interaction during ITER Type I ELMs: Comparison of Simulation with QSPA Kh-50 and the GOL-3 Facilities. // Transactions of Fusion Science and Technology, принято к печати.

Список литературы

[1] V.T. Astrelin, A.V. Burdakov, P.Z. Chebotaev et al, Hot electron target interaction experiments at the GOL-3 facility. // Nuclear Fusion, 1997, V.37, N.l 1, P.1541-1558.

[2] V.I. Tereshin, A.N. Bandura, О. V. Byrka et al. Application of powerful quasi-steady-state plasma accelerators for simulation of ITER transient heat loads on divertor surfaces. // Plasma Phys. Control. Fusion, 2007,49, p.A231-A239.

[3] A. Burdakov, A. Arzhannikov, V. Astrelin, ... A. Shoshin, et al. Status and Prospects of GOL-3 Multiple Mirror Trap. // Transaction of Fusion Science and Technology, 2009, Vol.55, No.2T, p.63-70.

ШОШИН Андрей Алексеевич

Исследование взаимодействия мощного потока

электронно-горячей плазмы с мишенями на многопробочной ловушке ГОЛ-3

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Сдано в набор 31.01.2011 г. Подписано в печать 1.02.2011 г. Формат 60x90 1/16 Объем 1.0 печ.л., 0.8 уч.-изд.л.

_Тираж 100 экз. Бесплатно. Заказ № 1_

Обработано на ПК и отпечатано на ротапринте «ИЯФ им. Г.И. Будкера» СО РАН, Новосибирск, 630090, пр. Академика Лаврентьева, 11

Введение

Глава 1. Многопробочная ловушка ГОЛ-3 и схема экспериментов.

1.1. Параметры плазменного потока в выходном узле ГОЛ-3.

1.2. Эксперименты с тонким пучком.

1.3. Эксперименты с напуском буферного газа.

1.4. Разработка новой станции испытания материалов в выходном узле ГОЛ-3.

Глава 2. Расчеты нагрева мишеней и калориметрия плазменного потока.

2.1. Моделирование нагрева и разрушения мишеней (программы ЕМ8Н и DISWALL)

2.2. Определение плотности потока поглощенной в мишени энергии.

Глава 3. Исследование процесса взаимодействия плазменного потока с мишенями

3.1. Диагностики для исследования параметров поверхностной плазмы.

Спектральные диагностики.

Фотографическая система для измерения пространственного распределения интенсивности свечения плазмы в отдельных линиях.

Рентгеновская гамма-обскура.

3.2. Определение параметров поверхностной плазмы.

3.3. Диффузия испарившегося вещества мишени поперек магнитного поля.

3.4. Определение скорости продольного расширения поверхностной плазмы.

3.5. Исследование скорости химической эрозии графита.

Глава 4. Определение величины ударных волн в твердом теле при облучении мощным потоком плазмы.

4.1. Эксперименты по измерению давления с помощью фазового перехода в химических соединениях.

4.2. Измерение импульсных высоких давлений по сдвигу линий флуоресценции рубина.

Глава 5. Результаты воздействия плазмы на поверхность: эрозия и модификация поверхности мишеней, продукты эрозии.

5.1. Эрозия вольфрама при различных спектрах частиц по энергии. Совместное облучение и сравнение с КСПУ Х-50.

5.2. Эрозия поверхности вольфрама в зависимости от величины плотности энергии плазменного потока и многократного облучения.

5.3. Изменение структуры поверхности углеродных образцов при облучении плазмой

5.4. Влияние буферного тяжелого газа на модификацию поверхности графитов разных марок.

5.5. Исследование стойкости литий-содержащих мишеней.

5.6. Параметры переосажденного вещества (пыль и капли).

Одним из наиболее критических вопросов реализации проекта термоядерного реактора является выбор конструкции и материалов плазмоприемников, находящихся под воздействием высоких радиационных и тепловых нагрузок. Наиболее остро эта проблема встала на примере строящегося ИТЭРа [1]. В настоящее время установлено, что приемные пластины дивертора ИТЭРа и первая стенка, кроме стационарного потока горячей плазмы, будет подвергаться периодическому импульсному воздействию при срывах и неустойчивостях плазменной границы (ЭЛМы). Первые оценки показали, что импульсная нагрузка в ИТЭРе при срыве л составит до 100 МДж/м за 1 мс [2], при этом при срыве формируется; поток убегающих электронов, имеющих большую энергию (до сотен МэВ) [3]. Хотя такие нагрузки не доступны современным плазменным установкам, достаточно быстро стало понятно, что эрозия при таких нагрузках превышает разумные пределы [4]. Поэтому разрабатываются сценарии работы ИТЭРа без срывов, а также с быстрыми- диагностиками- позволяющими предсказать развитие срыва и погасить плазменный разряд до полномасштабного срыва; [5]., ■ . ■■

Тем не менее остаются колебания плазменной границы, из которых самые большие (ЭЛМ типаТ) сопровождаются нагрузкой на дивертор 1-3 МДж/м за 0.1-0.5 мс [6], и будут происходить многократно (более 10 раз) за выстрел. При таких параметрах ожидается: значительная эрозия материалов и существенное влияние продуктов эрозии на параметры горячей плазмы и работу реактора в целом. По аналогии со срывами для ЭЛМов разрабатывают методы уменьшения их пиковой нагрузки разными методами: с помощью инжекции газа, [7] и магнитными возмущениями границы плазмы [8].

В ИТЭРе дивертор будет, покрыт вольфрамом и углеродными композитами [9]. На существующих токамаках параметры ЭЛМов ИТЭРа недостижимы, тем не менее на токамаках ведутся исследования эрозии и переосаждения материалов. Для моделирования воздействия ЭЛМов на материалы используются такие установки как плазменные ускорители КСПУ Х-50 (ХФТИ НАН Украины, Харьков [10]) и КСПУ-Т (ТРИНИТИ, Троицк, [11]), плазменная пушка МК-200 (ТРИНИТИ, [12]), установка с электронный пучком JUDITH (FZJ, Юлих, Германия, [13]), многопробочная ловушка ГОЛ-3 (ИЯФ СО РАН, Новосибирск, [14]), а также некоторые другие установки (NAGDIS-II, PSI-2, PISCES-B, ЛЕНТА, PILOT-PSI, MAGNUM-PSI [16]).

ИТЭР не единственный перспективный термоядерный реактор, например, в ИЯФ СО РАН разрабатывается проект многопробочного реактора с нагревом плазмы релятивистскими пучками электронов [14, 15]. В этом проекте также встает вопрос стойкости материалов к потокам плазмы с большим количеством высокоэнергетических частиц. Плазменные ускорители и пушки не способны промоделировать воздействие такого плазменного потока на материалы (также как и убегающие электроны при срыве в ИТЭРе).

Уникальной особенностью установки ГОЛ-3 является возможность проведения экспериментов по моделированию воздействия плазменных потоков большой мощности на материалы при высоком значении электронной температуры в плазменном потоке. Полученная электронная температура плазмы (2-5 кэВ) в ближайшей перспективе недостижима на других линейных машинах.

Рассмотрим более подробно какие вопросы необходимо решить в термоядерном материаловедении. При небольшом потоке плазмы на стенку происходит физическое распыление материала стенки, а также химические эрозия и распыление [17]. Если первый процесс хорошо изучен, то второй сильно зависит от свойств углеродного материала (скорость химэрозии может отличаться в 1000 раз при одинаковой температуре) и температуры поверхности, максимальная скорость химэрозии при температуре порядка

600 °К [18].

Под воздействие импульсного плазменного потока с большой плотностью энергии поверхностный слой материала разогревается, испаряется и уже через несколько микросекунд [4, 19] образуется достаточно плотное облако поверхностной плазмы. Это облако экранирует поверхность от налетающего потока плазмы и поток тепла, доходящий до поверхности, определяется квазистационарным теплопереносом в поверхностной плазме. В результате большая часть (свыше 99% [20]) налетающей энергии переизлучается поверхностной плазмой, тепловая нагрузка на мишень снижается и эрозия поверхности мала.

Если в падающем на материал плазменном потоке есть высокоэнергичные (Ее >100 кэВ) электроны, то они свободно проходят через слой испаренного материала, непосредственно бомбардирует поверхность и проникают внутрь материала, приводя к объёмному нагреву приповерхностной области мишени. Глубина пробега зависит от плотности материала мишени и энергии падающих электронов. Электроны с энергий 1 МэВ имеют пробег порядка 0.3 мм в вольфраме и 2 мм в графите [21].

Резкий объёмный нагрев (а также последующее остывание) материала, приводит к возникновению в нём термических напряжений и макроскопическому разрушению [22]. В результате, в зависимости от плотности потока энергии на мишень в эксперименте могут реализовываться существенно различные режимы эрозии. Мелкозернистые графиты и С—С-композиты могут эродировать в виде гранул из-за макроскопического хрупкого разрушения [23].

В ранних экспериментах на ГОЛ-3 был экспериментально определён энергетический порог хрупкого разрушения графита, равный 10 кДж/г [4]. При облучении мишеней разрушается зона, в которой выделившаяся энергия превосходит указанную величину. При больших плотностях энергии (выше 5 МДж/м2) энерговыделение от электронов пучка превосходит указанный порог, так что глубина разрушения определяется пробегом релятивистских электронов в материале мишени. Отдельного внимания заслуживает величина эрозии, полученная в этом эксперименте: при плотности энергии в электронном пучке 30 МДж/м , что характерно для сильных срывов тока в ИТЭР, с поверхности графитовой мишени эродировал слой толщиной 500 мкм.

Эрозия металлов (в том числе вольфрама) может осуществляться за счёт капельного разбрызгивания расплава, образующегося на поверхности мишени [24]. Образующиеся при объёмном нагреве (и последующем остывании) напряжения внутри вольфрама могут приводить при последующих термоциклических нагрузках к макроскопическим отколам. Обнаружено, что стойкость вольфрама также зависит от ориентации гранул, наличия примесей и того, как вольфрам был произведен [25].

Принципиальным для создания термоядерного реактора является вопрос о переносе частиц и пара, выделяющихся на мишени, в область горячей плазмы. Облако плотной поверхностной плазмы с большой скоростью двигается в область основной плазмы и может существенно влиять на параметры горячей области. Одним из важнейших вопросов является определение скорости продольной и поперечной (относительно магнитного поля) диффузии поверхностной плазмы.

Эрозии материала с поверхности приводит к переосаждению в различных областях поверхности первой стенки. Переосажденный материал может химически связывать тритий. При этом возможно значительное загрязнение системы тритием, оценки для ИТЭРа показывают, что возможен захват 1-20 г трития за разряд. С учетом ограничения на захват трития в камере ИТЭР в 350 г, легко оценить, что предел при неблагоприятном сценарии может быть достигнут менее чем за 50 выстрелов [26]. Соответственно разрабатываются технологии удаления трития или самого переосажденного материала [27]. Дополнительный вопрос — совместимость материалов между собой, т.е. как изменится стойкость к облучению СБС если рядом облучается вольфрам и наоборот (попадание горячего графита на вольфрам, например, может приводить к образованию карбида [28]). Также следует упомянуть вопрос стойкости материалов к нейтронному потоку [29].

Данная работа посвящена исследованию процессов взаимодействия мощного потока термоядерной плазмы с материалами: определению параметров падающего плазменного потока и образующейся поверхностной плазмы, определению величины ударной волны в мишени, изучению механизмов и величйны эрозии вольфрама й~ углеродных (в том числе композитных и содержащих литий) материалов при различных плазменных нагрузках, а также параметров переосажденного материала мишени.

На защиту выносятся следующие основные научные положения:

• Проведены измерения плотности потока поглощенной энергии по излучению поверхности мишеней (с проведением расчетов энерговыделения в материалах и их последующего нагрева и разрушения).

• Разработан комплекс диагностик для определения параметров образующейся поверхностной плазмы и исследования скорости ее разлета в продольном и поперечном направлениях. Изучены параметры мишенной плазмы на разных расстояниях от мишени.

• По спектрам молекулярных радикалов проведены измерения скорости химической эрозии графитовых мишеней при их о облучении потоком плазмы с плотностью энергии 2 МДж/м . Химическая эрозия отвечает за 0.5% от полного числа атомов, поступивших в плазму.

• Создан прибор для измерения высоких импульсных давлений по сдвигу линии флуоресценции рубина. Измерено давление внутри мишени (1.5 кБар) при воздействии на нее импульсного сильноточного электронного пучка. • Исследована эрозия и модификация поверхностного слоя вольфрама и углеродных материалов в зависимости от плотности потока энергии на мишень, спектра пучка, проведены сравнения с КСПУ Х-50. Для вольфрама при средних нагрузках обнаружено формирование сети трещин размерами порядка 1000 мкм, кратеров 0200 мкм, ячеек длиной 10 мкм и гранул 0.3 мкм.

Заключение

На многопробочной ловушке ГОЛ-3 проведены комплексные исследования взаимодействия мощных потоков электронно-горячей плазмы с материалами термоядерных реакторов. Разработаны и использованы адекватные задаче экспериментальные методики (держатели мишеней, методы диагностики поверхностной плазмы, методы исследования материалов после облучения). Разработана новая станция по облучению материалов на установке ГОЛ-3.

Проведены расчеты энерговыделения в материалах и их последующего нагрева и разрушения.

Проведены измерения плотности потока поглощенной энергии по излучению поверхности мишеней.

Разработан комплекс диагностик для определения параметров плазменного потока, попадающего на поверхность исследуемых мишеней, характеристик образующейся поверхностной плазмы и исследования скорости ее разлета в продольном и поперечном направлениях.

В экспериментах по инжекции твердотельных мишеней в горячую плазму определена величина диффузии примесей поперек магнитного поля. Измерения дают оценку на скорость поперечной диффузии поверхностной плазмы 0.5 м2/с.

Изучены параметры мишенной плазмы на разных расстояниях от точки инжекции; скорость расширения плазмы на расстоянии 0.8-4.5 м составляет (1-^2)-106 см/с (скорость для углерода с 10-50 эВ); плазма с пс~(2^-10)-Ю20 м"3 распространяется на расстояние ~5 м в гофрированном поле с небольшой потерей частиц; атомы углерода в облаке имеют в основном зарядность +1+2;

Проведены измерения скорости химической эрозии графитовых мишеней при их облучении потоком плазмы с плотностью энергии 2 МДж/м2. В исследуемом режиме химическая эрозия дает около 0.5% от полного числа атомов, поступивших в плазму, при этом полная глубина эрозии (1 мкм за выстрел) определяется макроскопическим разрушением поверхностного слоя с образованием пыли.

Проведены эксперименты по исследованию волн высокого давления в твердом теле при импульсном облучении потоком плазмы.

Создан прибор для измерения высоких импульсных давлений. Проведены исследования сдвига линии флюоресценции рубина Ю при ударном воздействии на рубин. Измерено давление внутри мишени при воздействии на нее импульсного сильноточного электронного пучка. Давление достигает величины 1.5 кБар.

Исследована эрозия вольфрама в зависимости от плотности потока энергии на мишень, спектра пучка, проведены сравнения с КСПУ Х-50. При средних нагрузках обнаружено формирование сети трещин размерами порядка 1000 мкм, кратеров О 200 мкм, ячеек 10 мкм и гранул 0.3 мкм

Исследована модификация поверхности углеродных материалов под воздействием мощного потока плазмы. Показано, что качество исходного графита влияет на последующую его модификацию. После облучения размеры кристаллитов графита увеличиваются по сравнению с исходными, т.е. происходит графитизация поверхности углеродных мишеней.

Проведены эксперименты по напуску буферного газа (криптона) перед облучаемой мишенью (вольфрам, графиты). Излучение плазмы при прохождении буферного газа исследовалось набором болометров. Напуск газа увеличивает поперечный поток энергии вблизи входа плазмы в газ-бокс. Показано, что модификация поверхности графитов приводит к большему размеру кристаллитов графита нежели без газового облака.

Разработаны и протестированы под потоком плазмы мишени из углерод-литиевого композитов и покрытого литием графита. Температура поверхностной плазмы составила около 1 эВ. Определен поток атомарного

АЛ Л лития с поверхности -10 атомов/(см -с).

Проведены исследования пылесборников, установленных на разных расстояниях от мишеней, которые показали, что осаждаются частицы с характерными размерами от 100 до 0.02 мкм.

В заключение автор выражает глубокую благодарность научному руководителю работы A.B. Бурдакову за помощь в выборе направления данной работы, постоянную поддержку и внимание.

Автор особо признателен коллегам, принимавшим непосредственное участие в описанных в работе экспериментах - И.А. Иванову, C.B. Полосаткину, К.Н. Куклину, В.В. Поступаеву, A.B. Аржанникову.

Автор благодарит своих коллег по экспериментам на ГОЛ-3 — В.Т. Астрелина, К.И. Меклера, А.Ф. Ровенских, С.Л. Синицкого, В.Г. Иваненко, С.С. Гарифову, B.C. Бурмасову за плодотворное сотрудничество и помощь, Е.В. Мостипанову за его работу на установке.

Автор признателен П.З. Чеботаеву, И.Е. Гаркуше, В.А. Махлаю, В.В. Чеботареву, К.С. Распопину, П.А. Симонову, В.Н. Снытникову за сотрудничество.

1. Progress in the 1.ER Physics Basis, Nuclear Fusion, v. 47 (2007).

2. ITER physics basis, Nuclear Fusion, Vol. 39, No. 12, 1999.

3. J.R. Martin-Solis, R. Sanches, B. Esposito, Predictions on runaway current and energy during disruption in tokamak plasmas I I Physics of Plasmas, 7, No. 8, p. 3369-3377, 2000.

4. K.H. Finken, G. Mank, A. Krämer-Flecken, R. Jaspers, Mitigation of disruption by fast helium gas puffs // Nuclear Fusion v. 41, N11, p. 1651 (2001).

5. Federici G., Loarte A., Strohmayer G., Assessment of erosion of the ITER divertor targets during type I ELMs // Plasma Physics Controlled Fusion. 2003, v. 45, p. 1523-1547.

6. Loarte A., Fusion plasmas: Chaos cuts ELMs down to size // Nature Physics N2, p. 369 370 (2006).

7. Ulrickson M., Barabash V, Chiocchio S., Federici G., Janeshitz G., Matera

8. R., Akiba M., Vieider G., Wu C., Mazul I., Selection of plasma facing material for ITER, SAND96-1655C.

9. Science and Technology, 2009, Vol.55, No.2T, p. 63-70.

10. G.J. van Rooij, Laboratory experiments and devices to study plasma surface interaction // Transaction of Fusion Science and Technology, v. 57, №2T, p. 313-319, 2010.

11. Kirschner A., Erosion and deposition mechanisms in fusion plasma // Transaction of Fusion Science and Technology, v. 57, №2T, p. 277-292, 2010.

12. E. Vietzke, K. Flaskamp, V. Philipps, G. Esser, P. Wienhold and J. Winter, Chemical erosion of amorphous hydrogenated carbon films by atomic and energetic hydrogen // Journal of Nuclear Materials, vol. 145-147, p.443-447, 1987.

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

14. Доклад 37 МКРЕ, Тормозная способность электронов и позитронов,

15. М., Энергоатомиздат, 1987.

16. Усов Н.А., Гребенщиков Ю.Б., Песчаный С.Е., Вюрц Г., Численное моделирование хрупкого разрушения графита под воздействием мощных тепловых импульсов // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Термоядерный синтез, 2000, вып. 3, с. 36.

17. Мартыненко Ю.В., Московкин П.Г., Об эмиссии частиц графита при срывах плазмы в токамаках // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Термоядерный синтез, 1999, вып. 2, с. 31.

18. Мартыненко Ю.В., Московкин П.Г., О капельной эрозии металлов под действием срывов плазмы в токамаках // Вопросы атомной науки и техники. Сер. Термоядерный синтез, 2000, вып. 1, с. 65.

19. V. Philipps, J. Roth, A. Loarte, Key Issues in Plasma-Wall Interactions for ITER: A European Approach, EFDA-JET-CP(03)01-46.

20. Ch. Linsmeier, J. Roth, K. Schmid, Formation and erosion of mixedmaterials // Atomic and Plasma-Material Interaction Data for Fusion, vol. 12 (2003) 79.

21. J. Linke, High heat flux performance of plasma facing materials and components under service conditions in future fusion reactors // Transaction of Fusion Science and Technology, v. 53, №2T, p. 278-287, 2008.

22. Астрелин B.T., Бурдаков A.B., Никифоров А.А., Чикунов B.B. Многоканальный анализатор энергетического спектра замагниченного релятивистского электронного пучка. Препринт ИЯФ СО РАН 91-107, Новосибирск, 1991.

23. A.A. Шошин. Эксперименты с тонким электронным пучком на установке ГОЛ-3. // Тезисы докладов XXXVII МеждународнойI

24. Звенигородской) конференции по физике плазмы и УТС, Звенигород, 2010, стр.31.

25. Термодинамические свойства индивидуальных веществ, Т.4, кн. 1 и 2, М. Наука, 1978.

26. A.C. Охотин, Теплопроводность твердых тел, М. Энергоатомиздат, 1984.

27. Физические величины, спр., под ред. И. С. Григорьева и Е.З. Мейлихова, Энергоатомиздат, М., 1991.

28. Излучательные свойства твердых материалов, спр., под ред. А.Е. Шейдмана, М. Энергия, 1974.

29. Carbon and graphite Handbook, ch. 19.

30. Selivanov A.N., Fedotov M.G., Digital Television Camera for Real-time1.age Recording // Proc. of the IASTED Int. Conf. ACIT2002, ACTA Press, Anaheim-Calgary-Zurich, 2002. P. 14.

31. Summers H., JET Joint Undertaking internal report, JET-IR(94)06. Culham, 1994.

32. Рютов Д. Д. Газодинамика плотных плазменных сгустков в соленоиде, Новосибирск, 1990, Препринт / Институт ядерной физики СО РАН; 90143.

33. A.Burdakov, I.Ivanov, V.Piffl, S.Polosatkin, V.Postupaev, A.Rovenskikh, Yu.Trunev, V.Weinzettl, and Ed.Zubairov. Transverse loses and Zeff measurements at GOL-3 facility. // Transactions of Fusion Science and Technology. 51 (2007) p.358-360.

34. Brezinsek S., Pospieszczyk A., Stamp M.F., Meigs A., Kirschner A., Huber A., Mertens Ph., Identification of molecular carbon sources in the JET divertor by means of emission spectroscopy // Journal of Nuclear Materials, 2005. V.337-339. P.1058.

35. PospieszczykA., Philipps V., Huber A., Kirschner A., Schweer В., Vietzke E., Chemical erosion in TEXTOR-94 // Physica scripta V. T81. P.48-53 (1999).

36. URL: http://www.eirene.de/cgi-bin/plot/eigen.cgi (дата обращения 12.11.2010).

37. Memo: D/XB, Систем, требования: Adobe Acrobat Reader. URL: http://www.eirene.de/eigen/History/memo-dxb.pdf, (дата обращения 12.11.2010).

38. U. Fantz, S. Meir and ASDEX Upgrade Team, Correlation of the intensity ratio of С2/СН molecular bands with the flux ratio of СгНу/СЕЦ particles // Journal of Nuclear Materials, 2005. V.337-339. P.1087.

39. Теплофизические свойства щелочных металлов. М.: Издательство стандартов.

40. V. F. Surovikin, G.V. Plaxin, V.A. Semikolenov, V.A. Likholobov, I.J. Tiunova, US patent 4978649, 1990.

41. H. Griem, Principles of plasma spectroscopy, Cambridge, 1997, p. 223.

42. IAEA AMDIS ALADDIN Database, URL: http://www-amdis.iaea.org/ALADDIN/ (дата обращения 12.11.2010).

43. С.В. Полосаткин, А.В. Аржанников, В.Т. Астрелин, А.В. Бурдаков, Э.Р. Зубаиров, И.А. Иванов, М.В. Иванцивский, К.Н. Куклин, А.С.Кузнецов, К.И. Меклер, С.С.Попов, В.В. Поступаев,

44. R.A. Forman, J.D. Barnett, G.J. Piermarini, S. Block, Pressure Measurement Made by the Utilization of Ruby Sharp-Line Luminescence // Science, 176, N4032, p. 284-285 (1972).

45. J.D. Barnett, S. Block, G.J. Piermarini, An Optical Fluorescence System for Quantitative Pressure Measurement in the Diamond-Anvil Cell // Review of Scientific Instruments, vol. 44, issue 1, pp. 1-9 (1973).

46. В.Ф.Гурко, А.Н.Квашнин, А.Д. Хилъченко, В. А. Хилъченко, 16-Канальная синхронная система сбора данных, Новосибирск, Препринт ИЯФ СО РАН, 20 стр., 2003-26.

47. Alicona Imaging MeX, URL: http://www.alicona.com/home/products/Mex/MeX.en.php, (дата обращения 12.11.2010).

48. Elman B. S., Shayegan M., Dresselhaus M. S., Mazurek H., Dresselhaus G., Structural characterization of ion-implanted graphite // Physical Review В (Condensed Matter), v. 25 (issue 6), p.4142-4156, (1982).

49. E. Asari, M. Kitajima, K.G. Nakamura, A kinetic study of the recovery process of radiation damage in ion-irradiated graphite using real-time Raman measurements // Carbon, v. 36 (11), 1693-1696, (1998).

50. Фенелонов В.Б., Пористый углерод, ИК СО РАН, Новосибирск. 1995, с.518.

51. A. Ferrari and J. Robertson, Interpretation of Raman spectra of disordered and amorphous carbon // Physical Review B, vol. 61, no. 20, p. 1409514107 (2000).

52. F. Tuinstra and J. L. Koenig, Raman Spectrum of Graphite // Journal of Chemical Physics, vol. 53, 1126 (1970).

53. S. V. .Mirnov, V.N. Dem'yanenko, E.V. Murav'ev, Liquid-metal tokamak divertors I I Journal of Nuclear Materials, V. 196, p. 45-49 (1992).

54. L.G. Golubchikov, V.A. Evtikhin, I.E. Lyublinski, V.l. Pistunovich, I.N. Potapov, A.N. Chumanov, Development of a liquid-metal fusion reactordivertor with a capillary-pore system // Journal of Nuclear Materials, V. .233-237, p. 667-672 (1996).

55. S. К Mirnov, К В. Lazareva, S. M. Sotnikov, Т-11МТеат, К A. Evtikhin, I. E. Lyublinski and А. К Kertkov, Li-CPS limiter in tokamak T-11M // Fusion Engineering and Design, V. 65, p. 455-465 (2003).

56. A. S. Arakcheev, К. К Lotov, Formation of small dust particles by brittle destruction // Abstracts of 8th Intern. Conf. on Open Magnetic Systems for Plasma Confinement, Novosibirsk, Russia, 2010, p.89.

57. Р.Ю. Акентъев, A.B. Бурдаков, И.А. Иванов, C.B. Полосаткин, В.В. Поступаев, А. Ф. Ровенских, А. А. Шошин, Спектроскопический комплекс для исследования плазмы на установке ГОЛ-3 // Приборы и техника эксперимента, № 2, 2004, с.98-104.

58. A.KBurdakov, KT.Astrelin, I.A.Ivanov, KG.Kapralov, K.N.Kuklin, KJ.Mekler, S.KPolosatkin, K.KPostupaev, A.F.Rovenskikh, S.KSergeev,

59. A.A.Shoshin, Yu.S.Sulyaev, E.R.Zubairov, Use of pellet injection technology at GOL-3 for plasma fueling and plasma-surface interaction research // Transactions of Fusion Science and Technology, Vol.51, No.2T, 2007, p.355-357.

60. A.B. Аржанников, В.Т. Астрелин, A.B. Бурдакое, .A.A. Шошин и dp., Воздействие мощного плазменного потока на вольфрамосодержащие конструкционные материалы // Тезисы докладов XXVIII Звенигородской конференции по физике плазмы и УТС, М, 2001, с.241.

61. Р.Ю. Акентъев, А.В. Аржанников, В.Т. Астрелин, . А.А. Шошин и др., Инжекция крупинок в электронно-горячую плазму на установке ГОЛ-3-II // Тезисы докладов XXVIII Звенигородской конференции по физике плазмы и УТС, М, 2001, с.69.

62. А.А. Шошин, А.В. Аржанникое, B.T. Астрелин, и др., Исследование модификации поверхности твердых тел под воздействием мощного потока плазмы на установках ГОЛ-3 и КСПУ Х-50 // Тезисы докладов