Многослойная первая стенка с бериллиевой облицовкой для международного термоядерного реактора токамака тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.13 ВАК РФ

На правах рукописи УДК 621.039

ГЕРВАШ Александр Андреевич

МНОГОСЛОЙНАЯ ПЕРВАЯ СТЕНКА С БЕРИЛЛИЕВОЙ ОБЛИЦОВКОЙ ДЛЯ МЕЖДУНАРОДНОГО ТЕРМОЯДЕРНОГО РЕАКТОРА ТОКАМАКА

01.04.13 - электрофизика, электрофизические установки 05.02.01 - материаловедение (машиностроение)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2003

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Мазуль Игорь Всеволодович

доктор технических наук, профессор Криворук Михаил Иванович

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Филимонов Михаил Зосимович

Ведущая организация:

Московский инженерно-физический институт

(Государственный университет)

Защита состоится 26 ноября 2003 г. в 14:30 на заседании диссертационного совета Д.201.006.01 при Научно-исследовательском институте электрофизической аппаратуры им. Д. В. Ефремова в помещении Клуба ученых НИИЭФА (196641 Санкт-Петербург, Металлострой, ул. Полевая, д. 12)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЭФА. Автореферат разослан октября 2003 года.

Ученый секретарь доктор технических наук, профессор

диссертационного Шукейло И. А.

совета ^—

2оо?-.А "Т^Г

Актуальность проблемы

Работы по созданию термоядерных энергетических установок - одно из перспективных направлений будущего развития энергетики. В настоящее время наиболее значимым проектом в этой области является работа по созданию Международного Термоядерного Экспериментального Реактора (ИТЭР). Дальнейший прогресс в развитии и, особенно, в техническом воплощении идей управляемого термоядерного синтеза во многом зависит от успехов в области разработки новых материалов и технологий, позволяющих » реализовать современные конструкторские решения. С этой точки зрения,

создание и проверка работоспособности одной из важнейших внутрикамерных I компонент ИТЭР - многослойной первой стенки, является актуальной

г проблемой, решение которой составляет одно из необходимых условий

продвижения к строительству первого термоядерного реактора.

Работа выполнена в соответствии с планами НИОКР:

- Федеральная целевая программа «Международный термоядерный реактор ИТЭР» на 2002-2005 годы (постановление Правительства РФ № 604 от 21 августа 2001г.).

- Федеральная целевая научно-техническая программа «Международный термоядерный реактор ИТЭР и научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в его поддержку» на 1999-2001 годы (постановление Правительства РФ№ 1417 от 1 декабря 1998г.).

- Федеральная целевая научно-техническая программа «Международный термоядерный реактор ИТЭР и научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в его поддержку» на 1996-1998 годы (постановление Правительства РФ № 1119 от 19 сентября 1996г.).

Цели работы

» Целью диссертационной работы является разработка и экспериментальная

апробация многослойной первой стенки экспериментального термоядерного реактора ИТЭР. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

= Сформулировать критерии отбора и на основе предварительного анализа свойств отечественных сортов бериллия провести селекцию кандидатамх материалов для облицовки первой стенки ИТЭР, провести необходимые исследования и обосновать работоспособность выбранных материалов.

! иь. лЛЦИОм'АЛЬНЛК ] БИБЛИОТЕКА I

! ¿"»Я

= Разработать и исследовать технологию соединения бериллиевой облицовки с теплоотводящей структурой первой стенки, отвечающую специфическим условиям работы реактора.

= Разработать, реализовать и апробировать технологию изготовления биметаллической (сталь-бронза) теплоотводящей панели, изучить пределы ее применимости.

= Продемонстрировать работоспособность предложенных конструкторских решений и промышленную адаптируемость разработанной технологической цепочки на примере изготовления и испытаний фрагмента активно охлаждаемой первой стенки с бериллиевой облицовкой для реактора ИТЭР.

Научная новизна

В настоящей диссертации впервые выполнены следующие работы:

= Исследованы особенности поведения бериллия различных марок под воздействием поверхностного термического удара и термоциклирования. Показано, что в режиме термического удара, характерного для срывов тока плазмы в токамаке при плотности теплового потока (3-8) МДж/м2 и длительности воздействия от 1 до 5*10"3 с, не удается избежать растрескивания материала, связанного с оплавлением поверхности, однако, при последующем термоциклировании поведение трещин у лучших отечественных сортов бериллия не приводит к потере целостности и теплоотводящей способности пластин, используемых в качестве облицовки.

3 Исследованы факторы, ограничивающие работоспособность соединения бериллиевой облицовки с бронзовой теплоотводящей панелью в режиме термоциклической нагрузки. Обнаружена зависимость долговечности соединения от толщины интерметаллидного слоя, образующегося на границе соединения бериллия с медным сплавом.

=> Экспериментально показано, что во время пайки бериллия с содержащими медь сплавами при скорости нагрева (1-1,5) град/с и при использовании быстрозакаленных припоев образуется интерметаллидный слой, толщина которого составляет лишь (1-1,5) мкм, что много меньше, чем при обычно принятых «малых» скоростях нагрева. Это обстоятельство позволяет достичь рекордных показателей работоспособности паяных соединений при термоциклических испытаниях.

= Показано, что вакуумная наплавка хромциркониевой' бронзы СиСгёг на нержавеющую сталь, нагретую до температуры, превышающей температуру плавления меди, при направленном режиме кристаллизации наплавленного слоя позволяет получить надежное герметичное соединение, которое имеет высокие прочностные свойства и обеспечивает надежный тепловой контакт между металлом и сплавом даже при циклическом режиме работы с плотностью теплового потока до 8 МВт/м2 и условиях нейтронного облучения.

Основные положения, выносимые на защиту

= Обоснование и выбор отечественных марок бериллия в качестве

кандидатных материалов для облицовки первой стенки ИТЭР. = Результаты исследований работоспособности соединения бериллиевой облицовки с теплоотводящей панелью при циклических тепловых нагрузках, характерных для термоядерного реактора. Зависимость долговечности соединения от толщины интерметаллидного слоя, образующегося на границе соединения бериллия с медью. = Обоснование, разработка и результаты исследований реализуемой в промышленном масштабе технологии быстрой пайки бериллиевой облицовки с теплоотводящей панелью из дисперсионно-твердеющего (СиСйг) и дисперсно-упрочняемого (Си-А1203) медного сплава.

' Разработка технологии соединения бронзы с нержавеющей сталью методом вакуумной наплавки, результаты исследования эксплуатационных характеристик полученного соединения, исследование изменений структуры и физико-механических свойств соединения под действием нейтронного облучения и оценка пределов применимости данного метода.

э Результаты макетирования и испытаний фрагмента первой стенки реактора ИТЭР с бериллиевой облицовкой

Достоверность результатов, представленных в диссертационной работе, обеспечивается использованием современных методик исследования (лазерная профилометрия, растровая электронная микроскопия, рентгеноструктурный анализ и др.), подтверждается результатами независимых экспериментальных исследований в других лабораториях (ГАЕШ, Япония; ¥7. ЛдеИсЬ, Германия и др.). Основные результаты работы систематически докладывались на технических совещаниях ИТЭР, прошли

соответствующую международную экспертизу и включены в базы данных и

опубликованные документы инженерного проекта ИТЭР.

Практическая ценность работы

з Сделан обоснованный выбор бериллия отечественных марок для облицовки первой стенки ИТЭР и предложен рабочей группе ИТЭР. По результатам исследований и сравнительных испытаний с зарубежными материалами отечественный бериллий ДШГ-200, наряду с американским бериллием 8-65С, принят в качестве облицовки первой стенки экспериментального реактора ИТЭР.

' Разработана, реализована и испытана пригодная для промышленной реализации технология быстрой пайки бериллиевой облицовки с теплоотводящей панелью из дисперсионно-твердеющего (СиСг2г) и дисперсно-упрочняемого (Си-А1203) медного сплава, совместимая со специфическими условиями работы в реакторе. По результатам испытаний данная технология выбрана в качестве кандидатной для изготовления первой стенки ИТЭР.

' Результаты исследования пределов применимости соединений «бериллий-медь», полученных методом быстрой пайки, дают основания предлагать данную технологию для изготовлении и других обращенных к плазме компонент ИТЭР (в частности, порт-лимитера), а также использовать при создании энергонагруженных бериллиевых мишеней (например, для источника нейтронов).

= Разработана и успешно апробирована технология соединения «медный сплав-нержавеющая сталь» методом вакуумной наплавки, которая существенно дешевле альтернативных технологий, применяемых при создании аналогичных устройств, и, кроме того, может быть использована при изготовлении теплоотводящих панелей более сложной формы как в ИТЭР (например, порт-лимитер, лайнер и «дом» в диверторе), так и в других электрофизических установках, работающих в том числе и в области криогенных температур.

3 Разработка и успешные испытания фрагмента первой стенки термоядерного реактора ИТЭР продемонстрировали адекватность конструкторских решений поставленным задачам, а также отечественные возможности производства элементов электрофизических устройств подобного класса и обоснованность претензий России на изготовление панелей первой стенки реактора ИТЭРа

Совокупность выполненных исследований является решением комплексной научно-технической задачи «Создание многослойной первой стенки с бериллиевой облицовкой для экспериментального термоядерного реактора», вносящей существенный вклад в развитие термоядерной энергетики на фазе строительства экспериментальных установок.

Апробация работы

Результаты работы, приведенные в диссертации, были доложены на:

- Международных технических совещаниях по проекту ИТЭР (Германия, Россия, 1993 - 2003 гг.)

- Международных симпозиумах по технологиям термоядерного синтеза (SOFT): Рим, 1992; Карлсруэ, 1994; Лиссабон, 1996; Марсель, 1998; Мадрид, 2000

- Всероссийских конференциях "Инженерные проблемы термоядерных реакторов" (ИПТР): С.-Петербург, 1997; С.-Петербург, 2002

- Международных симпозиумах по ядерным технологиям термоядерного синтеза (ISFNT): Токио, 1997; Рим, 1999

- Международных конференциях по материалам для термоядерных реакторов (ICFRM): Стреза, 1993; Обнинск, 1995; Баден-Баден, 2001

- Международных конференциях по бериллиевым технологиям для термоядерного синтеза: Джексон-Лэйк, 1995; Мито, 1997; Карлсруэ, 1999; Москва, 2001

Публикации

По теме диссертации автором опубликовано более 30 работ, часть из которых приводится в конце автореферата.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы и содержит 130 страниц машинописного текста, 82 рисунка, 9 таблиц, список литературы из 92 наименований.

Содержание работы

Во введении излагаются назначение и основные требования, предъявляемые к первой стенке термоядерного реактора, перечислен комплекс материаловедческих и технологических проблем, возникающих при ее изготовлении, аргументируется актуальность поставленных задач, формулируются основные цели работы, научная новизна, положения, выносимые на защиту и практическая ценность полученных результатов.

В первой главе формулируются критерии выбора сорта бериллия применительно к использованию в качестве облицовки первой стенки термоядерного реактора, излагаются основные результаты исследований кандидатных сортов, обосновывается выбор конкретных марок. Основными достоинствами бериллия как материала облицовки, непосредственно контактирующей с плазмой, относятся малый атомный номер, обеспечивающий минимальное загрязнение плазмы примесными частицами, низкая (по сравнению с материалами на основе углерода) склонность к накоплению трития, удовлетворительная стойкость к физическому и химическому распылению, а также высокая теплопроводность, которая в сочетании с высокой прочностью обеспечивает способность бериллия противостоять таким повреждающим факторам воздействия плазмы как термический удар и эрозия.

В промышленности производство бериллия осуществляется в основном методом порошковой металлургии. Варьирование параметрами технологического процесса позволяет получать сорта бериллия с различными свойствами. Специфические, по сравнению с традиционно исследованными, условия эксплуатации бериллия в качестве облицовки первой стенки ИТЭР приводят к необходимости формулировки иных критериев отбора материала. В данной работе критериями, отражающими особенности поведения бериллия на первой стенке ИТЭР, были выбраны термическая прочность и радиационная стойкость. Исходя из модельных представлений о свойствах производимого промышленностью бериллия, сотрудники ВНИИНМ им. А. А. Бочвара (А. М. Хомутов и др.) показали невозможность создания бериллия, обладающего одновременно максимальной термической прочностью и радиационной стойкостью, условно обозначив классы термически прочных и радиационностойких сортов. Поскольку в настоящее время приоритеты указанных свойств до конца не определены, для исследований были выбраны следующие марки: ДШГ-200 - термопрочный сорт; ТР-30 радиационностойкий сорт; а также ТШГ-56 и ТГП-56 - как более дешевые, и

распространенные в промышленности, имеющие некие промежуточные свойства с точки зрения вышеупомянутых критериев.

Воздействие циклических тепловых потоков

Для исследования поведения бериллия под действием циклических тепловых потоков условия работы первой стенки ИТЭР были смоделированы следующим образом: бериллиевая облицовка толщиной 10 мм. припаянная к охлаждаемой водой панели из хромциркониевой бронзы, нагревалась сканирующим пучком электронов, что обеспечивало ожидаемые на первой стенке параметры теплового потока и температурный градиент в бериллии. Термоциклические испытания показали, что долговечность облицовки при тепловых нагрузках до 10 МВт/м2 (на первой стенке ожидается 0,5 МВт/м2) не зависит от сорта бериллия и определяется исключительно размером облицовочной плитки и надежностью теплового контакта облицовки с теплоотводяшей панелью (подробно рассмотрено в главе 2).

Сравнительные исследования термопрочности бериллия

Другим исследованием термической прочности бериллия явился

сравнительный эксперимент, организованный Ватсоном (БЖ, США)

• S-SSmp I •ЩГдай-лп)

М5|п«|) • те«

S-200-Finon} * «&45-Н

Экстр/дир inwij

S-2№H.

• SiCXWnpOfl) rrrws

• MOO

ЭиярудиМлр)

BeemSeO Be,■3C«at]

совместно с российской стороной, в котором образцы отечественного и зарубежного бериллия различных марок были подвергнуты

циклическому нагреву

мощным тепловым потоком плотностью около 250 МВт/м2 с частотой 1 Гц. Поведение каждого материала

описывалось числом циклов до появления трещины и глубиной самой трещины. Результаты этих ускоренных сравнительных испытаний, суммированные на рис. 1, подтверждают высокую

термопрочность отечественных сортов бериллия, а также их конкурентоспособность с зарубежными образцами (в особенности, ДШГ-200).

Глубина тр«ц*ны мм

Рис. 1. Результаты сравнительных испытаний различных сортов бериллия на термопрочность (совместно с Ватсоном, БТ^, США)

Стойкость к термоудару

Для исследования стойкости бериллия к термическому удару выбранные отечественные материалы были испытаны при тепловых нагрузках, ожидаемых при срыве тока плазмы. Имитация тепловых нагрузок осуществлялась с помощью электронного пучка на стенде JUDITH, Германия. Материалы ДШГ-200, ТР-30, ТШГ-56 и американский S-65 (для сравнения) подвергались импульсному воздействию теплового потока плотностью (3-8) МДж/м2, время импульса варьировалось от 2 до 5 мс. Подобные нагрузки приводят к частичному оплавлению поверхности бериллия и зарождению трещин в приповерхностном слое (рис. 2). Целью исследований являлись измерения потери массы материала при срыве, измерения толщины оплавленного слоя, накопление статистических данных о количестве трещин, глубине их проникновения, направлении распространения. Проведенные испытания показали различное поведение материалов при срывах, но в целом, подтвердил стойкость материала к термоудару. На начальной фазе исследований, проведенной при комнатной температуре, исключение составил ТР-30, в котором обнаружены глубокие трещины, параллельные поверхности

Рис. 2. Трещины на поверхности (а) и в глубине (б) бериллиевой облицовки, инициированные воздействием теплового потока плотностью 5,8 МДж/м" в течение 5 мс.

облицовки и вследствие этого опасные с точки зрения возможного перегрева и расслаивания материала. Попытка имитации срывов плазмы на образцах при температуре поверхности 300°С, ожидаемой в ЙТЭР, продемонстрировала отсутствие опасного продольного растрескивания и в материале ТР-30. На следующем этапе воздействие повреждающих факторов было объединено. Для этой цели исследуемые образцы, предварительно припаянные к водоохлаждаемой панели, были подвергнуты тепловому импульсу плотностью 5,8 МДж/м2 в течение 5 мс, а затем - термоциклическому воздействию теплового потока плотностью 5 МВт/м2, число циклов 1000. Ни один из

испытанных материалов в результате приложенных воздействий (имитация срыва плазмы, термоциклические испытания) не отслоился от охлаждаемой панели и не разрушился. Таким образом показано, что в режиме термического удара, характерного для срывов тока плазмы в токамаке при плотности тепловой нагрузки (3-8) МДж/м2 и длительности воздействия от 1 до 5 мс, не удается избежать растрескивания материала, связанного с оплавлением поверхности, однако, при последующем термоциклировании поведение трещин у лучших отечественных сортов бериллия не приводит к потере целостности и теплоотводящей способности пластин, используемых в качестве облицовки.

Влияние нейтронного облучения

Традиционные методы исследования свойств облученного бериллия, рассматривающие изменения его механических свойств и оценку распухания, необходимы в ИТЭР для проведения различных расчетов и оценок при проектировании. Подобные исследования широкого спектра отечественных сортов бериллия после облучения проводились Г.А. Серняевым, А.С. Покровским и др. Свойства после облучения выбранных для исследований материалов ДШГ-200, ТР-30 и ТШГ-56 исследовались учеными из ВНИИНМ им. А. А. Бочвара (И.Б. Куприянов, В.А. Горохов и др.). Общий итог проведенных исследований констатирует упрочнение и потерю пластичности всех сортов бериллия при температурах от 20 до 250°С вследствие эффекта низкотемпературного охрупчивания, сохранение нескольких процентов пластичности в интервале температур (250 - 550)°С и отсутствие упрочнения и пластичности при температурах свыше 600°С, объясняемое появлением гелия по границам зерен. Для оценки радиационного распухания указанные выше марки бериллия были облучены в канале реактора БОР-бО до значений флюенса быстрых нейтронов 5.5х1021 1/см2 с энергией более 0,1 МэВ) при температурах 150°С и 700°С. Для всех исследованных марок бериллия, облученных при температуре 700°С, распухание составило менее 1%. Распухания в бериллии, облученном при температуре 150°С, не обнаружено. Наряду с традиционными исследованиями было продолжено изучение поведения бериллиевой облицовки в условиях, максимально приближенных к ожидаемым в ИТЭР. С этой целью совместно с НИИАР были проведены внутриреакторные термоциклические испытания. В первом эксперименте исследовался бериллий марок ДШГ-200, ТШГ-56, ТГП-56 и ТР-30 на активноохлаждаемой теплоотводящей панели. Образцы, помещенные в канал реактора СМ-2, были подвержены 100 тепловым импульсам длительностью (200+5000) секунд с плотностью теплового потока 3.2+3.5 МВт/м2. Флюенс

нейтронов в эксперименте составил 2.5х1020 1/см2. Анализ, проведенный после испытаний, показал целостность бериллия всех испытанных марок, отсутствие потери теплового контакта с теплоотводящей панелью. Оптическая и электронная микроскопия поперечного сечения материала не выявила появления трещин, пор и других дефектов (рис. 3). Твердость образцов после облучения увеличилась на (10-Рис. 3. Микроструктура бериллия 12)%, что свидетельствует об ТШГ-56 после внутриреакторных упрочнении материала. Во втором термоциклических испытаний эксперименте в качестве облицовки был выбран бериллий марки 1111-56; положительно зарекомендовавший себя в первом эксперименте и относительно дешевый в промышленном производстве. По сравнению с предыдущим экспериментом, плотность теплового потока была увеличена до 7.5 МВт/м2, а количество тепловых циклов - до 1000. Общий нейтронный флюенс составил 2.8хЮ20 1/см2. Металлографические исследования поперечных сечений испытанных элементов не обнаружили появления пор, трещин и других дефектов. Плотность теплового потока на облицовку в эксперименте более, чем на порядок превосходила ожидаемую на первой стенке, общий флюенс был эквивалентен первым нескольким годам работы ИТЭР. С учетом того, что в эксперименте использовался бериллий ТГП-56, уступающий по термопрочности (рис. 1) таким сортам как ДШГ-200, ТШГ-56, ТШГТ, результаты эксперимента позволяют говорить о пригодности целого ряда отечественных марок бериллия для использования в качестве облицовки первой стенки экспериментального реактора.

Во второй главе исследуется проблема присоединения бериллиевой облицовки к материалу теплоотводящей панели из медного сплава, анализируются недостатки традиционных способов решения задачи, обосновывается необходимость создания новой технологии, оценивается работоспособность получаемого соединения применительно к использованию в ИТЭР.

Реализация достоинств использования бериллиевой облицовки во многом зависит от надежности соединения бериллия с теплоотводящей панелью из медного сплава. Одна из главных трудностей получения надежных

соединений бериллия с медными сплавами заключается в образовании хрупких бериллий-медных интерметаялидов типа СиВе, СиВе2 при диффузионном насыщении меди бериллием. Автором дается обзор традиционных технологий, используемых при создании соединения «бериллий - медный сплав»: диффузионная сварка, пайка различными припоями, совместная прокатка, сварка взрывом, сварка трением, горячее изостатическое прессование (ТИП). Припои на основе серебра, то есть элемента, не образующего интерметалл иды с бериллием, исключены из рассмотрения из-за трансмутации под облучением серебра в кадмий, что является недопустимым с точки зрения обеспечения чистоты плазмы. На первом этапе исследований была оценена возможность использования технологий и накопленного опыта, имевшихся в отечественной промышленности (НПО «Луч», ВНИИНМ им. А. А. Бочвара, АО «Институт бериллия», ЦНИИ КМ «Прометей»). Критерием отбора образцов соединений для последующих испытаний в условиях, адекватных ИТЭР, являлись сплошность соединения по всей площади соединяемых поверхностей и приемлемая (не ниже 50*70 МПа) механическая прочность на отрыв или сдвиг. По результатам металлографических исследований и измерений механической прочности, для продолжения исследований были отобраны образцы, полученные диффузионной сваркой, совместной прокаткой и пайкой безсеребряными припоями. Для испытаний были изготовлены идентичные образцы с использованием всех отобранных технологий. Поверхность бериллия подвергалась воздействию циклической тепловой нагрузки, а медная часть образца помещалась на охлаждаемую теплоотводяшую подложку. Общий итог проведенных испытаний: ВСЕ испытанные образцы соединений при увеличении плотности теплового потока до (2-3,5) МВт/м2 разрушились уже после нескольких десятков циклов нагружеыия. Анализ образцов, проведенный после испытаний, показал, что, независимо от технологии получения соединения, все образцы разрушились из-за появления трещин в зоне хрупких интерметаллидов с последующим отслоением бериллиевой облицовки. Следует отметить, что и при испытаниях на отрыв или сдвиг разрушение образцов происходило в хрупкой интерметадящщой зоне, которая, обеспечивая среднестатистическую прочность (70-100) МПа, не способна выдерживать циклические нагрузки. Таким образом, возникла необходимость разработки новой нетрадиционной технологии соединения бериллия с медным сплавом. Толщина хрупкой интерметаллидной зоны пропорциональна температуре и времени взаимодействия при данной температуре. С целью минимизации упомянутых факторов был разработан

метод, изготовлена оснастка и осуществлен быстрый нагрев электронным пучком, позволивший обеспечить скорость нагрева порядка (1-2) град/с. Также, совместно с специалистами компании МИФИ-АМЕТО, занимающейся изготовлением быстрозакаленных ленточных припоев, были разработаны, оптимизированы и экспериментально адаптированы для быстрого нагрева бессеребряные припои состава Си-БтЯп-Ы! и Си-№-Р-8п. Данные припои СТЕМЕТ 1108, имеющий температуру пайки 780°С и СТЕМЕТ 1101 с температурой пайки 700аС, полученные быстрой закалкой из расплава, имеют аморфную или микрокристаллическую структуру с равномерным составом и однородным фазовым состоянием, обеспечивающим предельно узкий интервал плавления и кристаллизации. Это позволяет производить пайку при температурах (700-800) °С в течение нескольких секунд, а в сочетании с быстрым нагревом электронным пучком дает возможность на порядок, по сравнению с традиционной пайкой, уменьшить время нахождения в области температур активного образования интерметаллидов. Следует отметить, что быстрый нагрев также позволяет сохранить высокие прочностные свойства дисперсионно-твердеюшей бронзы (СиСгёг), чувствительной к повышенной температуре. В работе исследовались два медных сплава, рассматриваемых в ИТЭР в качестве кандидатных для теплоотводящей панели: дисперснонно-твердеющая бронза СиСгёг и дисперсно-упрочняемый сплав Си-АиОз. Основные результат исследований отражены в таблице 1.

Таблица 1. Сравнительные исследования соединений бериллий-бронза и бериллий - Си-АЬО^_

1. Микроструктура зоны пайки

Ширина зоны пайки, мкм Толщ, интсрметаллид-го слоя (Ве2Си). мкм Наличие лес пор и других >ектов

Пайка: Ве/СиСгёг Ве/ Си-АЬО, Ве/СиСгёг Ве/ Си-А1;0} Ве/СиСгёг Ве/ Си-А1:Оз

Быстрая 30-40 30-40 1-1.5 1-1.5 нет нет

Традиционная -100 -120 8-10 8-10 нет нет

2. Механические свойства после пайки

Прочность на сдвиг, МПа Предел прочности медного сплава (20°С). МПа Макс, твердость в слое интерметаллидов, НУ к.

Пайка: Ве/СиСйг Ве/ Си-А120з СиСгёг Си-АиО}

Быстрая 148(20°С) 160(300оС] - 352 -480 348

Традиционная 68<20°С) 65(300°С - 268 -480 380

Таблица 1 (продолжение)

3. Ресурсные испытания бериллиевой облицовки 20мм х 20мм х 5мм (толщ.)

максимальный поглощенный тепловой поток до разрушения, МВт/м2 Число тепловых циклов до разрушения

Пайка: Be/CuCrZr Ве/ Си-АШз Be/CuCrZr Ве/ Cu-A1203

Быстрая 12 и 1000 при 7 МВт/м2 +112 при 8,5 МВт/м2 1000 при 7 МВт/м2 +28 при 8,5 МВт/м2

Традиционная 11 9 1000 при 7 МВт/м2 +48 при 8,5 МВт/м2 422 при 7 МВт/м2

Предметом исследований являлись металлография зоны соединения, механические свойства и работоспособность облицовки в условиях термоциклического нагружения, ожидаемого в ИТЭР. Металлографический анализ соединения бериллий/медный сплав, полученного методом быстрой пайки, проведен в сравнении с подобным соединением, полученным с использованием того же припоя, но с традиционным нагревом в печи

а) б)

Рис. 4. Металлография соединения бериллий-бронза (CuCrZr), полученного методом быстрой (а) и традиционной (б) пайки припоем СТЕМЕТ 1108

Следует отметить, по крайней мере, два основных отличия:

- ширина зоны взаимодействия для соединения, полученного быстрой пайкой, составляет (30-40) мкм, в то время как для «традиционной» пайки эта величина находится в пределах (100-120) мкм

- толщина интерметаллидной зоны, образовавшейся после быстрой пайки, составляет (1-1,5) мкм, что в несколько раз меньше соответствующей толщины интерметаллидной зоны (8-10) мкм, образовавшейся после традиционного нагрева, и что. по мнению автора, является основной причиной

различного поведения соединения при последующих термоциклических испытаниях.

Данные металлографических исследований подтверждаются результатами проведенных пошаговых измерений твердости зоны соединения (см. рис. 5).

Видно, что резкий переход значения твердости на границе бериллия (наиболее заметный для кривых твердости после традиционной пайки)

соответствует зоне

интерметаллидов, область изменяющихся значений твердости характеризует ширину зоны пайки, а Рис. 5. Результаты пошаговых измерений величина твердости бронзы твердости зоны пайки бериллий-бронза (CuCrZr) позволяет оценить её прочностные свойства после пайки тем или иным методом. Результаты измерений показывают, что традиционный нагрев приводит к существенной потере прочности бронзы (около 80 МПа), тогда как после быстрой пайки прочность сохраняется на уровне (320-350) МПа.

Оптимизируя температурно-временные режимы быстрой пайки, автором была проведена экспериментальная работа по оценке прочности бронзы в зависимости от температуры и длительности пайки. Эксперимент показал, что после быстрой пайки с использованием припоя СТЕМЕТ 1108, оптимальная температура пайки для которого равна 780°С, прочность бронзы превышает 300 МПа. Очевидно, что после быстрой пайки с использованием припоя СТЕМЕТ 1101, температура пайки для которого равна 700°С, значение прочности бронзы будет еще выше. Для оценки температурной стабильности, металлография зоны соединения проводилась сразу после быстрой пайки и после 100 часов выдержки при 300°С. Анализ не выявил изменения ширины зоны взаимодействия или изменения ее фазового состава. Для исследования сдвиговой прочности соединений были проведены соответствующие механические испытания. Прочность на сдвиг соединения бериллий - бронза после быстрой пайки составила 148 МПа при температуре 20°С и 150 МПа при температуре 300°С, а после традиционной пайки лишь 68 МПа при температуре 20°С и 65 МПа при температуре 300°С. Сдвиговая прочность соединения бериллий - сплав Си-АЬ03 после быстрой пайки составила 200 МПа (при 20°С), а после традиционной пайки лишь 45 МПа

(также при 20°С). Подобная разница, по мнению автора, объясняется разницей в толщине интерметаллидного слоя, в котором и происходило разрушение. Как и в случае выбора бериллиевой облицовки, основным критерием оценки работоспособности соединения бериллий - медный сплав было выбрано поведение в условиях термических нагрузок, ожидаемых в ИТЭР. Соединение, выполненное в виде охлаждаемого макета, было подвергнуто термоциклическим испытаниям. Испытания продемонстрировали надежную работу облицовки, присоединенной методом быстрой пайки, как для бронзы (СиСгёг), так и для сплава Си-АЬ03. После нескольких тысяч тепловых импульсов с плотностью теплового потока более 5 МВт/м2 (плотность, на порядок величины превосходящая ожидаемую в ИТЭР) повреждений зоны соединения или ухудшения эффективности теллосьема обнаружено не было. Разработанная методика быстрой пайки при оптимизации геометрии облицовки, выполненной специалистами НИИЭФА им. Д.В. Ефремова, позволила достичь рекордных показателей работоспособности получаемых соединений, в частности, плавления облицовки без повреждения зоны соединения.

Для комплексной оценки работоспособности соединения под действием нейтронного облучения были организованы и проведены внутриреакгорные термоциклические испытания, в которых активноохлаждаемый макет соединений отечественного бериллия марки ТГП-56 с бронзой (СиСгёг) и сплавом Си-А1203 (рис. 6) был испытан в режиме термоциклирования в канале реактора СМ-2 (в г. Димитровград).

Общий нейтронный флюенс в эксперименте составил - 2,8 х Ю20 1/см2, величина радиационных повреждений в бериллии - 0.13 сна, плотность теплового потока - 7,5 МВт/м2, количество тепловых циклов - 1000

Рис. 6. Макет для внутриреакторных термоциклических испытаний

соединений бериллий - бронза и бериллий - сплав Си-АЬО; в канале реактора СМ-2

Рис. 7. Микроструктура и измерения твердости зоны пайки соединения бериллий - бронза после испытаний в реакторе

Макет успешно, то есть без потери эффективности теплосьема, выдержал приложенные тепловые нагрузки и был извлечен из реактора для проведения исследований. Внешний осмотр макета после испытаний подтвердил целостность бериллиевой облицовки на теплоотводящей панели. Результаты исследований поперечных сечений облученного макета (рис. 7) показали отсутствие пор, изменений размеров зоны пайки, возникновения трещин.

В третьей главе решается задача формирования теплоотводящей панели из медного сплава СиСг2г с созданием одновременно как эффективного теплового контакта данного сплава с проходящими по нему каналами охлаждения из нержавеющей стали, так и с обеспечением прочного соединения теплоотводящей панели с опорной силовой структурой. Автором анализируются сложность и стоимость существующих технологий, предлагается альтернативное техническое решение, приводятся результаты исследований свойств полученного соединения, обосновываются достоинства предлагаемой технологии при создании панели первой стенки в ИТЭР. Охлаждаемая панель первой стенки реактора ИТЭР представляет собой многослойную конструкцию, работа которой во многом зависит от эффективности теплового контакта между медным сплавом (СиСгёг) и трубками охлаждения (нержавеющая сталь), а также прочностью соединения медного сплава со стальной опорной плитой. Для решения этой задачи в настоящее время предлагается метод горячего изостатического прессования (ТИП). Данный метод требует высокой точности изготовления сопрягаемых деталей с криволинейными поверхностями, что является сложной технической задачей, точную сборку всех составных частей (слоев) изготавливаемого устройства в единый, надежно вакуум ированный контейнер, прессование на дорогостоящем газостате (длина панели первой стенки приближается к 1,5 метрам), удаление контейнера (травление, механическая обработка). Помимо очевидной трудоемкости, длительности технологического цикла и дороговизны, метод ГИП практически исключает возможность межоперационного контроля качества изготовления.

Автором с коллегами предложен альтернативный способ изготовления требуемой конструкции, с использованием метода вакуумной наплавки сплава СиСг& на предварительно изготовленный и испытанный контур водяного охлаждения. Для создания с помощью наплавки соединения, удовлетворяющего предъявляемым к нему требованиям прочности и надежного теплового контакта, относительно известный метод наплавки был модифицирован по следующим основным параметрам:

- в отличие от традиционно используемой меди, была наплавлена бронза СиСггг;

- наплавка производилась на предварительно нагретую нержавеющую сталь, длительность и температура предварительного разогрева определялись экспериментально;

- наплавка производилась в вакууме (10'3 Па);

- особо тщательно были отработаны режимы кристаллизации'сплава СиСгёг, технически обеспечен перепад температуры, позволяющий поддерживать направление кристаллизации от поверхности раздела сталь - бронза; Исследования полученного наплавкой соединения проводились по трем направлениям:

- металлография зоны соединения;

- механические свойства полученного соединения (в том числе после нейтронного облучения);

- надежность теплового контакта между сталью и сплавом СиСггг.

Сплав СиСггг - дисперснонно-твердеющий. Поэтому наплавку данного сплава следует совмещать с последующей термической обработкой, необходимой для получения высоких прочностных свойств сплава. Металлографический анализ зоны соединения бронза - нержавеющая сталь, полученного наплавкой в вакууме с последующей термообработкой (отжиг при 980°С в течение 0.5 часа, закалка в воду, старение при 480°С в течение 4 часов), показывает отсутствие пор, трещин, следов межкристаллитной коррозии (рис. 8-а). Исследования фазового и элементного состава в зоне взаимодействия не выявляют присутствия хрупких интерметаллидных фаз, что косвенно подтверждают и результаты измерений твердости зоны соединения, не выявившие характерных для интерметаллидов областей с повышенным значением твердости. С целью исследования механической прочности полученного соединения были изготовлены образцы и проведены испытания на растяжение мри комнатной и повышенной (300°С) температурах. Следует отметить, что ни один из испытанных образцов соединения сталь - бронза не разрушился по границе соединения, разрушение наблюдалось только в медном сплаве. Исследуя прочностные свойства наплавленной бронзы СиСггг, проведен поиск оптимального режима термической обработки после наплавки (рис. 8-6), в частности, показано, что даже в отсутствие фазы холодной деформации перед старением возможно получение сплава с пределом прочности выше 300 МПа. Проведенный эксперимент показал также, что промежуточная холодная деформация бронзы до 15% (предельно возможная, реализуемая на существующем отечественном

■^Ш^^ЩА^ у. \Н

'1 >• . чйг

^^ | аоо

2 )оо

3 1020ч0/мквлиата5с*с-® час

4 \<12В СИзжагштЖИЩвЫГЬ*"**-

0

10

20

Деформация. %

зо

а)

б)

Рис. 8. Металлография (а) и механические свойства (б) соединения сталь - бронза, полученного методом вакуумной наплавки

промышленном оборудовании деформация бронзы в составе биметаллической плиты бронза - сталь) позволяет получить при последующем старении прочность бронзы выше 360 МПа

Высокая теплопроводность в интервале рабочих температур - одно из важнейших требований, предъявляемых материалу теплообменника. Методом лазерного нафева проведены измерения величины теплопроводности наплавленной бронзы СиСг&. Результаты, приведенные в сравнении со свойствами бронзы, полученной традиционным способом, показывают сохранение высокой (не менее 320-330 Вт/м*К) теплопроводности наплавленной бронзы в интервале температур от 20 до 450 °С. Для исследования термической прочности бронзы были изготовлены два идентичных активноохлаждаемых макета: первый макет - из наплавленной бронзы, второй - из бронзы, полученной традиционным способом. Оба макета в режиме активного охлаждения были подвергнуты циклическому воздействию теплового потока плотностью 20 МВт/м2. Макет, изготовленный традиционным способом, выдержал 470 циклов до появления поверхностной трещины, в то время как макет, полученный наплавкой, выдержал более 1000 циклов до появлении аналогичной трещины, демонстрируя тем самым более высокую термическую прочность.

Для исследования изменения механических свойств под действием нейтронного облучения образцы соединения бронза - сталь, помещенные в охлаждаемую ампулу, были облучены в реакторе СМ-2 (в г. Димитровград) при температуре 150-200 °С до значений флюенса ~ 3 ч 10"° 1/см\ вызывающего нейтронное повреждение в бронзе около 0,1 сна. При испытаниях на растяжение все образцы разрушались только в бронзе, но ни разу - по границе бронза - сталь. Кривые растяжения образца до и после облучения, показывают, что подобные дозы облучения не вызывают заметных

изменений свойств материала. Другая партия подобных образцов была облучена в Японии при температуре 150 °С дозой до 0.3 сна. Суммарные данные двух экспериментов демонстрируют повышение прочности медного сплава вследствие упрочнения при облучении с сохранением до 10% пластичности, необходимой для поддержания работоспособности бронзы в составе конструкции.

»« _ - -V МЛМ

Нерж. сталь - - % * ' ._

а) б)

Рис. 9. Металлография (а) и механические свойства (б) облученного соединения бронза - сталь, полученного методом вакуумной наплавки Другим фактом, подтверждающим надежность работы медно-стального соединения в условиях нейтронного облучения, являются результаты внутриреакторных термоциклических испытаний активноохлаждаемых макетов, приводимые в главах 1 и 2. Часть элементов внутриреакторной сборки, в которых активноохлаждаемые соединения бронзы с нержавеющей сталью выполнены методом вакуумной наплавки, были интегрированы в контур водяного охлаждения реактора и успешно противостояли в условиях температурных градиентов 1000 циклам теплового нагружения, не вызвав потери герметичности контура. Металлографические исследования зоны медно-стального соединения после облучения подтверждают отсутствие потери сплошности по границе сталь - бронза или возникновения каких-либо дефектов.

В четвертой главе на примере изготовления активноохлаждаемого элемента первой стенки ИТЭР с бериллиевой облицовкой демонстрируется возможность промышленного применения разработанных технологий, изложенных в главах 1-3. Автором разработана и описана полная технологическая цепочка изготовления элемента первой стенки, приводятся результаты ресурсных испытаний бериллиевой облицовки, обосновываются возможности отечественного промышленного производства панелей на фазе строительства ИТЭР.

Последовательность изготовления охлаждаемого элемента первой стенки ИТЭР включала следующие основные операции:

- создание общего контура охлаждения панели (глубокое сверление в опорной плите, приварка нержавеющих каналов охлаждения тештоотводящей панели;

- формирование теплоотводящей панели методом вакуумной наплавки бронзы, изложенным в гл. 3, с последующей термической и механической обработкой;

- сборка оснастки и быстрая пайка бериллиевой облицовки (см. соответственно гл. 2 и 1).

Качество изготовления полученного изделия (отсутствие раковин и других дефектов в бронзе после наплавки, сплошность контакта теплоотводящей панели с опорной плитой и каналами охлаждения из нержавеющей стали) контролировалось с помощью рентгеновского томографа, позволяющего получать трехмерные изображения изделия.

Изготовленный элемент первой стенки имеет размеры 500x115x81мм. С целью экономии бериллия и расширения возможностей планируемых испытаний, поверхность макета была облицована бериллием на 50%. Для проведения термоциклических испытаний макет был интегрирован в контур водяного охлаждения установки ЦЕФЕЙ-М (НИИЭФА им. Д.В. Ефремова). На первом этапе испытывалась бериллиевая облицовка. Макет был нагружен 5000 тепловыми циклами с плотностью теплового потока 1 МВт/м2 (при 0,5 МВт/м2, ожидаемых в ИТЭР), а затем 500 циклами с плотностью теплового потока 1,5 МВт/м2.

Рис. 10. Общий вид и продольный и поперечный разрезы элемента первой стенки с бериллиевой облицовкой

Равномерность температуры поверхности бериллиевой облицовки контролировалась тепловизором. Результаты эксперимента показали равномерность распределения и стабильность температуры поверхности бериллиевой облицовки на протяжении всего эксперимента, что является

подтверждением надежного функционирования теплового контакта как между бериллием и бронзой СиСгёг, так и на границе медного сплава с нержавеющим каналом водяного охлаждения. Измеренные в эксперименте температуры поверхности бериллиевой облицовки хорошо согласуются с расчетными данными, полученными для случая идеального контакта бронзы с бериллиевой облицовки.

С целью дополнительной проверки работоспособности теплоотводящей панели, изготовленной методом наплавки, необлицованная бериллием поверхность макета была нагружена 4000 тепловыми циклами с плотностью теплового потока, увеличивающейся от 4 до 8 МВт/м2. Никаких нарушений теплосъема во время испытаний отмечено не было.

В заключении сформулированы основные результаты проделанной работы:

1. Проведены исследования и сделан выбор ряда отечественных сортов бериллия, в том числе недорогих, успешно испытанных в режимах, ожидаемых в ИТЭР, при нормальных циклических нагрузках (более 5000 циклов при 1 МВт/м2), при срывах плазмы (до 7-8 МДж/м, с длительностями от 1 до 5 мс), а также при термоциклировании в канале ядерного реактора (1000 тепловых циклов при плотности теплового потока 7,5 МВт/м2, флюенс ~ 2.5 1020 1/см2). По результатам испытаний отечественный бериллий ДШГ-200, наряду с американским 8-65С, рекомендован в качестве облицовки первой стенки реактора ИТЭР.

2. Обоснована, разработана и экспериментально апробирована принципиально новая технология быстрой пайки бериллия с теплоотводящей панелью из медного сплава, которая позволила достичь рекордных параметров теплового нагружения облицовки - тысячи циклов при плотности теплового потока более 10 МВт/м2, обеспечивает надежную работоспособность бериллиевой облицовки и позволяет сохранить прочностные свойства материала теплообменника на уровне, превышаемом 300 МПа. По результатам испытаний данная технология выбрана ИТЭР в качестве кандидатной при изготовлении первой стенки реактора.

3. Создана и испытана относительно дешевая альтернативная технология соединения материала теплоотводящей панели с нержавеющей опорной плитой методом вакуумной наплавки, позволяющая обеспечить надежное соединение с сохранением высоких (более 300 МПа) прочностных свойств бронзы СиСгёг. Изучены пределы применимости метода, показано сохранение пластичности бронзы (не менее 10%) после облучения дозой до 0.3 сна при температуре 150°С, а также надежность теплового контакта бронза - сталь при циклическом режиме работы с плотностью теплового

потока, до 8 МВт/м2. Данная технология может быть использована при изготовлении тегагоотводящих панелей сложной формы как в ИТЭР (порт-лимитер, лайнер и дом в диверторе), так и в других электрофизических установках, работающих в том числе и в области криогенных температур.

4. Разработана и апробирована полная технологическая цепочка по изготовлению и испытаниям охлаждаемой панели первой стенки реактора ИТЭР. На примере изготовления и проверки работоспособности (более 5000 тепловых циклов при плотности теплового потока 1 МВт/м2) элемента первой стенки продемонстрированы возможности отечественной промышленности по созданию и проведению испытаний устройств подобного класса

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Б.А. Калин, В.Т. Федотов, О.Н. Севрюков, А.Е. Григорьев, А.Н. Плющев, И.В. Мазуль, А.А. Герваш, Ю.С. Виргильев Применение быстрозакаленных аморфных и микрокристаллических припоев для пайки компонентов дивертора, Тезисы докладов III Международной конференции "Радиационное воздействие на материалы термоядерных реакторов", С. Петербург, Сентябрь 1994, стр. 53.

2. М. Roedig, R. Duwe, A. Gervash et al., Thermal shock tests with beryllium coupons in the electron beam facility JUDITH, Proceed, of the 2nd IEA International Workshop on Beryllium Technolgy for Fusion, Jackson Hole, USA, 1995.

3. J. Linke, R. Duwe, A. Gervash, W. Kiihnlein, K. Nakamura, A. Peacock, M. Rodig "Pre-Irradiation Testing of Actively Cooled Be-Cu Divertor Modules, Proceed, of the 2nd IEA International Workshop on Beryllium Technolgy for Fusion, Jackson Hole, USA, 1995.

4. J. Linke, Breitbach, R. Duwe, A. Gervash, M. R6dig, High heat flux performance of divertor modules for ITER with beryllium and carbon armour, Proceed, of the 19-th Symposium on Fusion Technology, Lissabon, 16.20.09.1996

5. M. R5dig, R. Duwe, A. Gervash,. J. Linke, A. Schuster, "Behaviour of carbon and beryllium under thermomechanical loads, Physica Scripta Vol. T64, 1996, 60-66.

6. A. Gervash, R. Giniyatulin, I. Mazul, A. Ganenko, L. Gitarskiy, V. Sizenev, D. Davydov, Metallographic Analysis and Strength Investigation of Different Be-Cu Joints in the Temperature Range RT-350°C, Journ. of Nuclear Materials, v. 233-237, (1996), p. 626-631.

7. R. Giniyatulin, A. Gervash, V. Komarov, I. Mazul et al. Investigation of Be-Cu Joints via HHF Tests of Small-Scale Mockup, Proceed, of 3 rd IEA Workshop on Beryllium Technology for Fusion, Japan, JAERI-conf. 98-001, October 1997, p. 113-122.

8. A. Gervash, R. Giniyatulin, V. Komarov, I. Mazul et al., Comparative Thermal Cyclic Testing and Strength Investigation of Different Be-Cu Joints, Fusion Engineering and Design, 39-40 (1998), p. 543-549.

9. R. Giniyatulin, A. Gervash, V. Komarov, A. Makhankov, I. Mazul, N. Litunovsky, N. Yablokov, High Heat Flux Tests of Mosk-ups for ITER Divertor Application, Fusion Engineering, and Design 39-40 (1998), p. 385-391.

10. A. Gervash, R. Giniyatulin, I. Mazul, R. Watson, Beryllium Armoured Mock-ups for Fusion High Heat Flux Application, Proceed, of the 20th Symposium on Fusion Technology, Marseille, September 1998, v. 1, p. 47-50.

11.1. Kupriyanov, V. Gorokhov, R. Melder, Z. Ostrovsky, A. Gervash, Investigation of ITER candidate beryllium grades irradiated at high temperature, Joura. of Nuclear Materials 258-263, (1998), p. 808-813.

12. J. Linke, R. Duwe, A. Gervash et al, Material damage to beryllium, carbon and tungsten under severe thermal shocks, Journ. of Nuclear Materials 258-263, (1998), p. 634-639.

13. B. Kalin, V. Fedotov, O. Sevryukov, A. Plyuschev, I. Mazul, A. Gervash, R. Giniyatulin, Be-Cu Joints Based on Amorphous Alloy Brazing for Divertor and First Wall Application, Joum. of Nuclear Materials 271-272, (1999), p. 410-414.

14. A. Gervash, R. Giniyatulin, I. Mazul, Comparative Thermal Cyclic Test of Different Beryllium Grades Previously Subjected to Simulated Disruption Loads, Fusion Engineering and Design 46 (1999), p.229-235.

15.1. Mazul, A.Gervash, R.Giniyatulin, A.Makhankov, Technological Aspects of Plasma Facing Components Development for Steady State Machines. Proceed, of 2nd IAEA Committee Meeting on Steady-State Operation of Magnetic Fusion Devices, FURKU Report 99-05(66) Fukuoka, Japan, vol. II, October 1999, p.518-527.

16. A. Lodato, M. Roedig, R. Duwe, H. Derz, J. Linke, R. Castro, A. Gervash, Heat shock tests on beryllium samples before and after neutron irradiation, Journal on Fusion Technology of American Nuclear Society, v. 38, N3, November 2000, p.p. 334-337.

17. A. Gervash, I. Mazul, N. Yablokov, A. Ganenko, Comparative Strength Analysis and Thermal Fatigue Testing of Be/CuCrZr and Be/Glidcop Joints Produced by Fast Brazing. Journal on Fusion Technology of American Nuclear Society, v. 38, N3, November 2000, p.p. 277-282.

18. A. Gervash, I. Mazul, N. Yablokov, Study of Alternative SS/Cu-Alloy Joining Methods for ITER. Fusion Eng. and Design 56-57 (2001) 381-384.

19. A.Gervash, I.Mazul, N.Litunovsky, A.Pokrovsky, Thermal Fatigue Properties and Results of In-Pile Integrated Test of Be/CuCrZr and Be/Glidcop Joints Produced by Fast Brazing, Сборник трудов V рабочей группы Международного Энергетического Агенства по бериллию, Перспективные Материалы, спец. выпуск, Интерконтакт Наука, Москва, 2002, стр. 44-47.

20. М. Roedig, Е. Ishitsuka, A. Geravsh, Н. Kawamura et al., High heat flux performance of neutron irradiated plasma facing components, Joum. of Nuclear Materials 307-311, (2002), p. 53-59.

21. A.Gervash, I.Mazul, V.Belyakov, N. Yablokov, Manufacturing and Testing of Be Armoured First Wall Mockup for ITER, Сборник трудов V рабочей группы Международного Энергетического Агенства по бериллию, Перспективные Материалы, спец. выпуск, Интерконтакт Наука, Москва, 2002, стр. 20-23.

Зак. № 143. Подписано в печать 20.10.2003 г. Офсетная печать. Формат 60x90/16. Уч.-изд.л. 1. Тираж 100 экз.

Отпечатано в «ФГУП НИИЭФА им. Д. В. Ефремова»

№ 1 796 1

Введение

Глава 1. Выбор бериллиевой облицовки первой стенки 11 экспериментального термоядерного реактора

1.1. Особенности условий эксплуатации бериллия в качестве 11 облицовки первой стенки ИТЭР

1.2. Сравнительные исследования термопрочности бериллия

1.3. Стойкость к термоудару

1.4. Влияние нейтронного облучения

1.5. Внутриреакторные термоциклические испытания

Глава 2 Разработка и исследование технологии присоединения бериллиевой облицовки к теплоотводящей панели

2.1. Обзор технологий получения биметаллического соединения бериллий-медный сплав

2.1. Испытания соединений бериллия с медным сплавом, полученных с помощью традиционных отечественных технологий 2.3. Разработка и исследование технологии быстрой пайки бериллиевой облицовки

Глава 3 Разработка и апробация технологии изготовления биметаллической (сталь-бронза) теплоотводящей панели

3.1. Получение соединения сталь-бронза методом вакуумной 72 наплавки

3.2. Металлография зоны соединения

3.3. Исследование механических свойств

3.4. Исследование размеров зерна наплавленной бронзы CuCrZr

3.5. Исследование теплопроводности наплавленной бронзы CuCrZr 89 в интервале температур 20-450 °С

3.6. Исследования механических свойств под действием 91 нейтронного облучения

3.7. Сравнительные исследования термической прочности 95 наплавленной бронзы CuCrZr

3.8. Работоспособность соединения сталь-бронза в области 97 криогенных температур

Глава 4 Изготовление и испытания элемента многослойной 98 первой стенки с бериллиевой облицовкой

4.1. Изготовление элемента первой стенки с бериллиевой 98 облицовкой

4.2. Контроль качества изготовления с помощью рентгеновского 103 интроскопа

4.3. Испытания элемента первой стенки с бериллиевой облицовкой 104 Заключение 106 Список литературы

Работы по созданию термоядерных энергетических установок — одно из перспективных направлений будущего развития энергетики. В настоящее время наиболее значимым проектом в этой области является работа по созданию Международного Термоядерного Экспериментального Реактора (ИТЭР). О важности и значимости инженерных аспектов на пути создания термоядерных реакторов свидетельствуют регулярные российские и международные конференции, а также регулярные за последнее десятилетие целевые научно-исследовательские программы, сформулированные в документах российского правительства:

- Федеральная целевая программа «Международный термоядерный реактор ИТЭР» на 2002-2005 годы (постановление Правительства РФ № 604 от 21 августа 2001 г.).

- Федеральная целевая научно-техническая программа «Международный термоядерный реактор ИТЭР и научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в его поддержку» на 1999-2001 годы (постановление Правительства РФ № 1417 от 1 декабря 1998г.).

- Федеральная целевая научно-техническая программа «Международный термоядерный реактор ИТЭР и научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в его поддержку» на 1996-1998 годы (постановление Правительства РФ № 1119 от 19 сентября 1996г.)

Дальнейший прогресс в развитии и, особенно, в техническом воплощении идей управляемого термоядерного синтеза во многом зависит от успехов в области разработки новых материалов и технологий, позволяющих реализовать современные конструкторские решения. Одной из подобных проблем, требующей как правильного и обоснованного выбора материалов, так и создания новых технологий, позволяющих реализовать достоинства выбранных материалов, является конструирование первой стенки реактора ИТЭР [1, 2, 3].

Бершшюая К",впы обпицшм омшщмтя д (нор», им,,.) Бври„Пив»ая

ДАЛ * ,./ ойпнцоикв

Топпоотиодищни

1Ж1 fl № л ЗЦЦ

Гк и

Первая стенка ИТЭР

ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Общее число панелей шт. 1788

Общая площадь поверхности первой стенки м" - 700

Размеры панели (ширина/высота/толщина) мм 345 x 1095 x81 Вес одной панели кг -300

Тепловой поток (номинальный/максимальный) МВг/м- 0.25/0.5 Общее число импульсов 30000

Находящаяся в непосредственной близости с плазмой на поверхности более 700 квадратных метров, первая стенка подвергается воздействию термоядерной плазмы с одной сторону, а с другой стороны - воздействию теплоносителя, что и обуславливает необходимость создания многослойной конструкции, каждый из слоев в которой выполняет свою собственную функцию и, следовательно, подчиняется собственным критериям, предъявляемым к материалу [4, 5].

С этой точки зрения, обоснованный выбор материалов, создание технологий их соединения и, наконец, проверка работоспособности одной из важнейших внутрикамерных компонент ИТЭР - многослойной первой стенки, является актуальной проблемой, решение которой составляет одно из необходимых условий продвижения к строительству первого термоядерного реактора.

Цели работы

Целью диссертационной работы является разработка и экспериментальная апробация многослойной первой стенки экспериментального термоядерного реактора ИТЭР. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи: о Сформулировать критерии отбора и на основе предварительного анализа свойств отечественных сортов бериллия провести селекцию кандидатных материалов для облицовки первой стенки ИТЭР, провести необходимые исследования и обосновать работоспособность выбранных материалов. о Разработать и исследовать технологию соединения бериллиевой облицовки с теплоотводящей структурой первой стенки, отвечающую специфическим условиям работы реактора. о Разработать, реализовать и апробировать технологию изготовления биметаллической (сталь-бронза) теплоотводящей панели, изучить пределы ее применимости. о Продемонстрировать работоспособность предложенных конструкторских решений и промышленную адаптируемость разработанной технологической цепочки на примере изготовления и испытаний фрагмента активно охлаждаемой первой стенки с бериллиевой облицовкой для реактора ИТЭР.

Научная новизна

В настоящей диссертации впервые выполнены следующие работы: о Исследованы особенности поведения бериллия различных марок под воздействием поверхностного термического удара и термоциклирования. Показано, что в режиме термического удара, характерного для срывов тока плазмы в токамаке при плотности тепловой нагрузки (3-8) МДж/м и длительности воздействия от 1 до 5 мс, не удается избежать растрескивания материала, связанного с оплавлением поверхности, однако, при последующем термоциклировании поведение трещин у лучших отечественных сортов бериллия не приводит к потере целостности и теплоотводящей способности пластин, используемых в качестве облицовки. в Исследованы факторы, ограничивающие работоспособность соединения бериллиевой облицовки с бронзовой теплоотводящей панелью в режиме термоциклической нагрузки. Обнаружена зависимость долговечности соединения от толщины интерметаллидного слоя, образующегося на границе соединения бериллия с медным сплавом. о Экспериментально показано, что во время пайки бериллия с содержащими медь сплавами при скорости нагрева (1-1,5) град/с и при использовании быстрозакаленных припоев образуется интерметаллидный слой, толщина которого составляет лишь (1-1,5) мкм, что много меньше, чем при обычно принятых «малых» скоростях нагрева. Это обстоятельство позволяет достичь рекордных показателей работоспособности паяных соединений при термоциклических испытаниях.

Показано, что вакуумная наплавка хромциркониевой бронзы CuCrZr на нержавеющую сталь, нагретую до температуры, превышающей температуру плавления меди, при направленном режиме кристаллизации наплавленного слоя позволяет получить надежное герметичное соединение, которое имеет высокие прочностные свойства и обеспечивает надежный тепловой контакт между металлом и сплавом даже при циклическом режиме работы с плотностью теплового потока до 8 МВт/м и условиях нейтронного облучения.

Основные положения, выносимые на защиту о Обоснование и выбор отечественных марок бериллия в качестве кандидатных материалов для облицовки первой стенки ИТЭР. о Результаты исследований работоспособности соединения бериллиевой облицовки с теплоотводящей панелью при циклических тепловых нагрузках, характерных для термоядерного реактора. Зависимость долговечности соединения от толщины интерметаллидного слоя, образующегося на границе соединения бериллия с медью. о Обоснование, разработка и результаты исследований реализуемой в промышленном масштабе технологии быстрой пайки бериллиевой облицовки с теплоотводящей панелью из дисперсионно-твердеющего (CuCrZr) и дисперсно-упрочняемого (Си-А12Оз) медного сплава. о Разработка технологии соединения бронзы с нержавеющей сталью методом вакуумной наплавки, результаты исследования эксплуатационных характеристик полученного соединения, исследование изменений структуры и физико-механических свойств соединения под действием нейтронного облучения и оценка пределов применимости данного метода. Результаты макетирования и испытаний фрагмента первой стенки реактора ИТЭР с бериллиевой облицовкой

Достоверность результатов, представленных в диссертационной работе, обеспечивается использованием современных методик исследования (лазерная профилометрия, растровая электронная микроскопия, рентгеноструктурный анализ и др.), подтверждается результатами независимых экспериментальных исследований в других лабораториях (JAERI, Япония; FZ Juelich, Германия и др.). Основные результаты работы систематически докладывались на технических совещаниях ИТЭР, прошли соответствующую международную экспертизу и включены в базы данных и опубликованные документы инженерного проекта ИТЭР.

Практическая ценность работы о Сделан обоснованный выбор бериллия отечественных марок для облицовки первой стенки ИТЭР и предложен рабочей группе ИТЭР. По результатам исследований и сравнительных испытаний с зарубежными материалами отечественный бериллий ДШГ-200, наряду с американским бериллием S-65C, принят в качестве облицовки первой стенки экспериментального реактора ИТЭР. о Разработана, реализована и испытана пригодная для промышленной реализации технология быстрой пайки бериллиевой облицовки с теплоотводящей панелью из дисперсионно-твердеющего (CuCrZr) и дисперсно-упрочняемого (CU-AI2O3) медного сплава, совместимая со специфическими условиями работы в реакторе. По результатам испытаний данная технология выбрана в качестве кандидатной для изготовления первой стенки ИТЭР. о Результаты исследования пределов применимости соединений «бериллий-медь», полученных методом быстрой пайки, дают основания предлагать данную технологию для изготовлении и других обращенных к плазме компонент ИТЭР (в частности, порт-лимитера), а также использовать при создании энергонагруженных бериллиевых мишеней (например, для источника нейтронов). о Разработана и успешно апробирована технология соединения «медный сплав-нержавеющая сталь» методом вакуумной наплавки, которая существенно дешевле альтернативных технологий, применяемых при создании аналогичных устройств, и, кроме того, может быть использована при изготовлении теплоотводящих панелей более сложной формы как в ИТЭР (например, порт-лимитер, лайнер и «дом» в диверторе), так и в других электрофизических установках, работающих в том числе и в области криогенных температур. о Разработка и успешные испытания фрагмента первой стенки термоядерного реактора ИТЭР продемонстрировали адекватность конструкторских решений поставленным задачам, а также отечественные возможности производства элементов электрофизических устройств подобного класса и обоснованность претензий России на изготовление панелей первой стенки реактора ИТЭРа

Совокупность выполненных исследований является решением комплексной научно-технической задачи «Создание многослойной первой стенки с бериллиевой облицовкой для экспериментального термоядерного реактора», вносящей существенный вклад в развитие термоядерной энергетики на фазе строительства экспериментальных установок.

Основные выводы главы 4:

- На примере изготовления элемента первой стенки ИТЭР с бериллиевой облицовкой продемонстрирована возможность промышленного применения всех разработанных технологий, изложенных в главах 1-3, а также возможность контроля качества на промежуточных этапах изготовления о Результаты ресурсных испытаний элемента первой стенки показывают хорошее соответствие экспериментальных и расчетных данных, подтверждают работоспособность бериллиевой облицовки (более 5000 тепловых циклов при плотности теплового потока 1 МВт/м ) а также надежность теплового контакта бронза - сталь при циклическом режиме работы с плотностью теплового потока, до 8 МВт/м".

Заключение

В результате выполненных работ и проведенных исследований получены следующие результаты:

1. Проведены исследования и сделан выбор ряда отечественных сортов бериллия, в том числе недорогих, успешно испытанных в режимах, ожидаемых в ИТЭР, при нормальных циклических нагрузках (более

Л А

5000 циклов при 1 МВт/м ), при срывах плазмы (до 7-8 МДж/м , с длительностями от 1 до 5 мс), а также при термоциклировании в канале ядерного реактора (1000 тепловых циклов при плотности теплового потока 7,5 МВт/м , флюенс — 2.5 10 1/см ). По результатам испытаний отечественный бериллий ДШГ-200, наряду с американским S-65C, рекомендован в качестве облицовки первой стенки реактора ИТЭР.

2. Обоснована, разработана и экспериментально апробирована принципиально новая технология быстрой пайки бериллия с теплоотводящей панелью из медного сплава, которая позволила достичь рекордных параметров теплового нагружения облицовки <* тысячи циклов при плотности теплового потока более 10 МВт/м , обеспечивает надежную работоспособность бериллиевой облицовки и позволяет сохранить прочностные свойства материала теплообменника на уровне, превышаемом 300 МПа. По результатам испытаний данная технология выбрана ИТЭР в качестве кандидатной при изготовлении первой стенки реактора.

3. Создана и испытана относительно дешевая альтернативная технология

• » соединения материала теплоотводящей панели с нержавеющей опорной плитой методом вакуумной наплавки, позволяющая обеспечить надежное соединение с сохранением высоких (более 300 МПа) прочностных свойств бронзы CuCrZr. Изучены пределы применимости метода, показано сохранение пластичности бронзы (не менее 10%) после облучения дозой до 0.3 сна при температуре 150°С, а также надежность теплового контакта бронза - сталь при циклическом режиме работы с плотностью теплового потока, до 8 МВт/м . Данная технология может быть использована при изготовлении теплоотводящих панелей сложной формы как в ИТЭР (порт-лимитер, лайнер и дом в диверторе), так и в других электрофизических установках, работающих в том числе и в области криогенных температур.

4. Разработана и апробирована полная технологическая цепочка по изготовлению и испытаниям охлаждаемой панели первой стенки реактора ИТЭР. На примере изготовления и проверки работоспособности (более 5000 тепловых циклов при плотности теплового потока 1 МВт/м) элемента первой стенки продемонстрированы возможности отечественной промышленности по созданию и проведению испытаний устройств подобного класса

1. R.P. Parker, Design and issues of ITER in-vessel components, Fusion Engineering and Design 39-40 (1998) 1-16.

2. G. Janeschitz et al., Divertor development in ITER, Fusion Engineering and Design 39-40 (1998) 173-187.

3. A. Cardella et al., Design of the ITER EDA plasma facing components, Fusion Engineering and Design 39-40 (1998) 377-384.

4. ITER Technical Basis, ITER EDA documentation series No 24, IAEA, Vienna, 2002.

5. G.Federici, C.Skinner, J.Brooks et al., Plasma Material Interaction in Current Tokamaks and Their Implication for Next-Step Fusion Reactor, PPPL-3531, IPP-9/128, January 2001

6. В.С.Чиркин Теплофизические свойства материалов ядерной техники. Справочник, Атомиздат, Москва, 1968.

7. И.К.Кикоин (ред.) Таблицы физических величин. Справочник. Москва, Атомиздат, 1976.

8. M.Ulrickson, M.Akiba, V.Barabash, S.Chiocchio, G.Federici, R.Matera, I.Mazul, G.Vieider, C.Wu, Selection of Plasma Facing Materials for ITER, 16th IEEE/NPSS Symposium on Fusion Engineering, Champaign, Illinois, 1995.

9. И.И. Папиров Бериллий — конструкционный материал. М., «Машиностроение», 1977.

10. Ю.Д.Уайт, Дж. Берк. Бериллий. Пер. с англ. под ред. М.Б. Рейфмана. М.,ИЛ, 1960,616 с.

11. Бериллий. Порошковая металлургия, свойства и области применения Пер. с англ. под ред. М.Б. Рейфмана. Ч 4. М., ИЛ, 1956, 178 с.

12. W.D.Manly et al., Report of a Technical Evaluation Panel on the Use of Beryllium for ITER Plasma Facing Materials and Blanket Breeder Material, SANDIA Report, SAND95-1693, 1995

13. D.Dombrovski, E. Deksnis, M.Pick, Thermomechanical Properties of Beryllium, Atomic and Plasma Material Interaction Data for Fusion, Vienna, 1994, vol.5, pp. 19-75

14. ITER Task G17TT 03 (Tl) Final Report 1995.

15. ITER Material Assesment Report, ITER Document no. G Al DDD 1 9805-28 W 0.3.

16. R.Watson, D.Youchison, D.Dombrovski, R.Giniyatulin, I.Kupriyanov, Low Cycle Thermal Fatique Testing of Berylliums, Fusion Engineering and Design 37 (1997) 553-579.

17. Cardella, V. Barabash, K. Ioki, M. Yamada, T. Hatano, P. Lorenzetto, I. Mazul, M. Merola, Y. Ohara, Yu. Strebkov. Application of Beryllium as First Wall Armour for ITER Primary, Baffle and Limiter Modules, Fusion Technology, v.38 (3) 2000, 326-333.

18. M. Roedig, RDuwe, A. Gervash et al., "Thermal shock tests with Be coupons in electron beam facility JUDITH", Proc. 2nd IEA Int. Workshop on beryllium technology for fusion, Wyoming, Sep. 1995.

19. A.Lodato, M.Rodig, R.Duwe, H.Derz, J.Linke, R.Castro, A.Gervash, Heat Shock Tests on Beryllium Samples Before and After Neutron Irradiation, Fusion Technology, v.38 (3) 2000,334-337

20. M.Rogig, E.Ishitsuka, A.Gervash, H.Kawamura, J.Linke, N.Litunovsky, M.Merola, High Heat Flux Performance Of Neutron Irradiated Plasma Facing Components, J. of Nucl. Mater. 307-311 (2002) 53-59.

21. ITER Task T221, RF Final report, 1998.

22. A. Gervash, R.Giniyatulin and I.Mazul. Comparative Thermal Cyclic Test of Different Beryllium Grades Previously Subjected to Simulated Disruption Loads. Fusion Engineering and Design 46 (1999), p.229-236.

23. A. Gervash et al., Development of Be and other armor materials, RF ITER Team Report G 17 TT fr 15 FR, 1998.

24. A.Gervash et al., Qualification of Be and Be/Cu joints and mock-ups testing, RF ITER Team Report G 16 TT 104 FR, 2001.

25. G.A. Sernyaev, A.S. Pokrovsky, R.M. Bagautdinov, S.A. Fabritsiev, I.V. Mazul, V.R. Barabash. Swelling, Strengthening and Embrittlement of Beryllium under Neutron Irradiation. Journ. of Nuclear Materials 233-237,(1996), p. 891-897

26. Gelles, D.S., Sernyaev, G.A., M. Dalle Donne, Kawamura, H., Radiation effects in beryllium used for plasma protection, Journal of Nuclear Materials, v. 212-215 (1994) pp. 29-38.

27. Kupriyanov, V. Gorokhov, R. Melder et al., Investigation of ITER candidate beryllium grades irradiated at high temperature, Journ. Of Nuclear Materials, 258-263 (1998) p. 808-813

28. P.H. Гиниятулин, И.В. Мазуль, Е.Г. Кузьмин Внутриреакторные термоциклические испытания Ве-Cu макета с активным охлаждением, 6 Конференция ИПТР, май 1997, С-Петербург, тезисы докладов, стр. 42

29. Н.И. Ганина, A.M. Захаров Диаграммы состояния металлических систем. Выпуск XXIX. ВИНИТИ, Москва, 1986

30. V.Barabash, M.Akiba, A.Cardella, I.Mazul, B.Odegard, L.Plochl, R.Tivey, G.Vieider. Armor and Heat Sink Materials Joining Technologies Development for ITER Plasma Facing Components, J. of Nuclear Materials 283-287 (2000) 1248-1252.

31. D. Dombrowski Preliminary results for explosion bonding beryllium to copper, Proc. 2nd IEA Int. Workshop on beryllium technology for fusion, Wyoming, Sep. 1995.

32. ITER Task T221, US Final report, 1998.

33. C.M. Ibbott, H.D.Falter et al., Further Development of the Brazing of Beryllium to CuCrZr, Proceed, of 18 SOFT, Karlsruhe, 1994, p.431-434.

34. ITER Materials technical meeting, May 1996.

35. Б.А.Калин, В.Т.Федотов, О.Н.Севрюков, A.E. Григорьев, А.Н.Плющев, Аморфные ленточные припои для высокотемпературной пайки. Опыт разработки технологии производства и применения. //Сварочное производство, 1996, №1, с. 15-19.

36. B. Kalin, V. Fedotov, O. Seviyukov, A. Plyuschev, I. Mazul, A. Gervash, R. Giniyatulin. Be-Cu Joints Based on Amorphous Alloy Brazing for Divertor and First Wall Application, Journ. of Nuclear Materials 271-272, (1999), p. 410-414.

37. Л.А.Ижванов, Г.И.Пепекин и др.// Отчет Гос. НИИ «ЛУЧ» №7790, Подольск, 1995.

38. H.Kawamura, M.Sato, Reactivity Test Between Beryllium and Copper, Proceed, of 2 IAE International Workshop on Beryllium Technology for Fusion, Jackson Lake Lodge, Wyoming, INEL ,Conf-9509218, 1995, p.204-211.

39. V.Barabash, M.Akiba, A.Cardella, I.Mazul, B.Odegard, L.Plochl, R.Tivey, G.Vieider. Armor and Heat Sink Materials Joining Technologies Development for ITER Plasma Facing Components, J. of Nuclear Materials 283-287 (2000) 1248-1252.

40. M.Merola, M.Akiba, V.Barabash, I.Mazul. Overview on Fabrication and Joining of Plasma Facing and HHF Materials for ITER, J. of Nuclear Materials 307-311 (2002) 1524-1532.

41. M.Chazalon, J.Boutard, M.Budd et al., Next European Torus In-vessel Components, Fusion Technology, vol. 14, #1,1988, pp.82-144.

42. A.Gervash, I.Mazul, R.Giniyatulin, A.Makhankov et al., Task T-221, RF ITER Final Report, ITERDoc.No. G17 TTfrl5FR, 1998.

43. R.N.Giniyatulin, V.L.Komarov, Ye.G. Kuzmin, A.N.Makhankov, I.V.Mazul, N.A.Yablokov, A.N.Zhuk. Optimization of Armour Geometry and Bonding Techniques for Tungsten- Armoured High Heat Flux Components, Fusion Eng. and Design 61-62 (2002) 185-190.

44. A.Gervash, I.Mazul et al., Qualification of Structural Materials and Joints, RF ITER Team Final Report on Task T427.1, (G16 TT98 FR), 2003.

45. A. Gervash, I. Mazul, N. Yablokov, Study of Alternative SS/Cu-Alloy Joining Methods for ITER. Fusion Eng. and Design 56-57 (2001) 381384.

46. V.Belyakov, I.Mazul, Yu.Strebkov. Manufacturing and Testing of Large-Scale Mock-ups of ITER Plasma Facing Components in Russia, Fusion Eng. and Design 61-62 (2002) 129-134.

47. Mazul, R. Giniyatulin, V.L. Komarov et al., Manufacturing and Testing of ITER Divertor Gas Box Liners. Proceed, of the 20th Symp. of Fusion Techn., Marseille, 1998, v. 1, p. 77-80.

48. Barabash V.R., Giniyatulin R.N., Komarov V.L., Mazul I.V. et al., Thermocyclic Test of the Divertor Plate Mock-ups for the ITER Reactor, Fusion Eng. and Design 18, (1991), 151-156.

49. V.K. Gagen-Torn et al., Experimental complex for high heat flux materials interaction results, in Proc. 18 SOFT, Karlsruhe, Germany 1994,363-366

50. P.H. Гиниятулин, B.JI. Комаров и др. Экспериментально-технологический комплекс НИИЭФА для работ по изготовлению и испытанию энергонапряженных компонент ТЯР, 6 конференция ИПТР, май, 1997, С-Петербург, тезисы докладов, стр. 44

51. G. Le Marois et al., HIP'ing of copper alloys to stainless steel, Journ. of Nuclear Materials, 233-237, (1996) 927-931

52. А.Е. Вайнерман, А.Н. Сютьев Исследования образования прослоек в зоне сплавления при взаимодействии жидких медных сплавов со сталями. Автоматическая сварка, 1971, № 2, с 18-21.

53. А.Е. Вайнерман О процессах растворения и диффузии на межфазной границе при взаимодействии разнородных металлов, Автоматическая сварка, 1976, № 12, с 15-19.

54. В. Зайт Диффузия в металлах, М., Иностранная литература, 1958, 382 с

55. Я.С. Уманский, Б.Н. Филькенштейн Физические основы металловедения, М., Металлургиздат, 1949, 592 с

56. А.Е. Вайнерман, А.Н. Сютьев Влияние диффузионных прослоек на механические свойства биметалла. Автоматическая сварка, 1977, № 8, с 56-59.

57. В.М Илюшенко Прогрессивные методы сварки тяжелых цветных металлов. Киев, Знание, 1980, 22 с

58. Э.К. Зенкова Особенности кристаллизации трещин, образующихся при сварке медного сплава с цирконием. Сварочное производство, 1978, №7, с 9-10.

59. Э.К. Зенкова, Е.Э. Гликман Механизм образования горячих трещин при сварке сплавов системы Cu-Cr-Zr-Ti. Сварочное производство, 1980, №6, с 5-6.

60. А.Е. Вайнерман Технология электродуговой сварки меди со сталью. Л. ЛДТНП, 1963, 20 с

61. И.А. Закс Новый способ соединения меди и медных сплавов со сталью. Л. ЛДТНП, 1969, 28 с

62. E.А. Аснис О механизме образования трещин при сварке и наплавке меди на сталь. Сварочное производство, 1965, №11.

63. А.Е. Вайнерман Некоторые вопросы сварки меди со сталью. В сб.: Сварка разнородных металлов. Л. ЛДТНП, 1969, 192 с

64. А.Е. Вайнерман, М.Х. Шоршоров и др. Плазменная наплавка металлов. М-Л: Машиностроение, 1969 192 с

65. А.Е. Вайнерман Механизм межкристаллитного проникновения при наплавке медных сплавов на сталь. Автоматическая сварка, 1981, № 6, с 22-25, 29.

66. В.В. Ардентов и др. Влияние проникновения медного сплава в сталь на свойства биметалла. Автоматическая сварка, 1979, № 5, с 36-38.

67. А.Е. Вайнерман О влиянии проникновений медного сплава на свойства соединений, получаемых наплавкой медных сплавов на стали. Сб.: Наплавка металлов. Ч.П. Л. ЛДТНП, 1970, с 25-35

68. Г.М. Иващенко Исследование влияния режимов наплавки медных сплавов на механические свойства сталей. Сб.: Сварка цветных металлов, Л. ЛДТНП, 1969, с 105-114

69. А.Е. Вайнерман Формирование состава и структуры зоны сплавления при наплавке медных сплавов на сталь. Сварка, Сб. статей, вып. 13, Л.: Судпромгиз, 1970, с 239-255

70. Н.Н. Рыкалин Физические проблемы соединения разнородных металлов. Изд. АН СССР, №1, 1965

71. Н.Ф. Лашко Пайка металлов. ГНТИ машлит, 1959

72. В. Эсне Технология электровакуумных материалов. Госэнергоиздат, 1962

73. Е.А. Аснис Особенности наплавки меди на хромоникелевые стали. Сварочное производство, 1961, №7.

74. Е.А. Аснис Особенности сварки меди схромоникелевыми аустенитными сталями типа 18-8. Автоматическая сварка, 1963, № 7

75. ITER Task T427, RF Final report, 2000

76. A. Gervash, I. Mazul, N. Yablokov, Study of Alternative SS/Cu-Alloy Joining Methods for ITER. Fusion Eng. and Design 56-57 (2001) 381384

77. Материаловедение уч. Под ред. Б.Н. Арзамасов, Москва, изд. МВТУ им. Н.Э. Баумана,2001

78. А.К. Николаев Хромовые бронзы. М., Металлургия 1983 178 с

79. А.К. Николаев Металловедение меди и медных сплавов. Науч. Труды Гипроцветмедобработка, М., Металлургия, 1975, №48, с 5760

80. А.К. Николаев Цветные металлы. ,1974, №1, с 61-64

81. А.К. Николаев Плавка и литье цветных металлов и сплавов. Науч. Труды Гипроцветмедобработка, М.,'Металлургия, 1971, №35, с 9-13

82. Г. Кареле Теплопроводность твердых тел. М., Наука, 1961