Диссертация (1025103), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Именно таким образом и были рассчитаны столбцы сглубиной в нанометрах в Таблицах 7-9. Ниже, в Таблице 10 будут приведенысправочные значения, используемые при расчете средних значений атомныхплотностей для элементов всех трех сборок Zr|Zr, Ti|Ti и Ni|Ni.Таблица 10.Справочные значения атомных плотностей элементовЭлемент Атомная плотность, ат./см3 Элемент Атомная плотность, ат./см3H27,87∙1020 [162]Ni9,14∙1022 [117]D23,334∙1020 [162]Cu8,45∙1022 [117]C1,76∙1023 [117]Zn6,55∙1022 [117]O22,689∙1019 [163]Zr4,29∙1022 [117]Ti5,66∙1022 [117]W6,3∙1022 [117]Fe8,5∙1022 [117]Pb3,3∙1022 [117]В случае H2, D2 и O2 табличные значения атомных плотностейотсутствуют.
В этом случае определяли обычные значения плотностей с144размерностью [г/см3] (для H2, D2 и O2 в газообразном состоянии), а с помощьюних по формуле (4.1) рассчитывалась атомная плотность этих элементов:плотность [г/см3 ]а.е.м.[г/моль]∙ [ат./моль] = атомная плотность [ат./см3 ], (4.1)где а.е.м. – атомная масса элемента (или молярная масса соединения,например H2, D2 или O2) [г/моль], NA = 6,022∙1023 [ат./см3] – число Авогадро.Таким образом, полученные экспериментальные данные свидетельствуюто сверхглубоком, по сравнению с теоретически рассчитанным, проникновениидейтерия в облученные импульсами высокотемпературной дейтериевой плазмыобразцы циркония и титана.
В случае с облученным никелем расчетные иэкспериментальные значения глубины проникновения дейтерия согласуютсядруг с другом.Помимо дейтерия, в фольгах присутствовал, как можно видеть изпредставленных на Рис. 4.1 и в Таблицах 7-9 данных, в качестве газовойпримеси водород, перераспределение которого также характеризует процессыпереносалегкихпримесейпотолщинефольги.Приэтомглубиныпроникновения для дейтерия, внедренного из дейтериевой плазмы приоблучении, и водорода, содержащегося в образцах в качестве примеси иперераспределенного в результате облучения, оказались сравнимыми в случаециркониевых и титановых фольг.Аналогичное поведение обнаружено в сборках из двух или трех и болеефольг из никеля, ванадия, ниобия, тантала различных толщин, включая исборки фольг из разнородных материалов [63, 66].Обнаруженное явление сверхглубокого проникновения дейтерия, а такжеи водорода (см.
также [59, 63, 66, 164, 165]), можно объяснить двумяобстоятельствами.Первое из них – воздействие «мощных ударных волн [59, 63, 66, 69, 145,152, 153, 164-169] на перераспределение водорода и дейтерия с переносом их,как легких и слабосвязанных примесей, на большие глубины» [170].145Второе – ускоренная диффузия примесных газовых атомов (см. также [59,63, 164, 165, 167]) под действием внешней движущей силы F. Тогда законыФика для потока частиц J записываются в виде [171]:J D C ( R) K VF,C ( R) DC ( R) K Vt(4.2)F,(4.3)где F – внешняя движущая сила, придающая каждому атому среднююдополнительную скоростьVF, К – коэффициент пропорциональности.Средняя дополнительная скорость каждого атома VF, предположительно,может быть сопоставлена со скоростью распространения ударной волны [59,63, 66, 69, 145, 152, 153, 164-166].
Известно, что при мощном импульсномвоздействии (в данном случае – это воздействие мощных импульсов плазмы) вматериалевозникаетираспространяетсяупругаяволна,котораянаопределенной глубине RE-S, зависящей от типа материала и плотностимощности действующего плазменного импульса, трансформируется в ударнуюволну с крутым передним фронтом волны сжатия и волной разрежения зафронтом ударной волны. Поэтому на относительно небольших глубинахR < RE-S легкие несвязанные в химическую связь и (или) слабо связанныепримесные атомы приобретают дополнительную скоростьVF, значениекоторой, вероятно, можно сопоставить со скоростями объемной продольной V||или поперечной V упругих волн [170].Следует отметить, что, вероятно, вследствие краевых эффектов, вызванныхвоздействием обтекающей пакет фольг плазмы, дейтерий был обнаружен такжеи во вторых, удаленных от прямого плазменного воздействия, фольгах стопки.На Рис.
4.1 представлены ERDA спектры для ядер отдачи протонов и дейтроновс задней стороны второй фольги стопки облученного циркония, а в Таблице 7(задняя сторона второй фольги Zr-22) приведены распределения элементов поглубине данного облученного образца, соответствующие спектрам ERDA.Можно видеть, что дейтерий присутствует в фольге в количестве 0,03 % вплоть146до глубины 0,95·1018 ат/см2 (380 нм), отсчитываемой от задней поверхностивторой фольги стопки.
Для титана аналогичные значения составили 0,1 %;0,65·1018 ат/см2 (136 нм). При этом также имеет место наличие иперераспределение водорода по глубине второй фольги стопки – в цирконии –от 13 до 0,1 % вплоть до глубины 850 нм (Zr-22), в титане – от 14 до 0,7 %вплоть до глубины 529 нм (Ti-22).4.2. Распределение дейтерия и водорода в вольфрамовых фольгах приоблучении импульсной высокотемпературной плазмойИсследования поведения конструкционных материалов под действиеммощных импульсов плазмы на установках типа «Плазменный фокус» длямоделированияпроцессоввоздействиявысокотемпературнойплазмывтермоядерных реакторах (ТЯР) привлекают пристальное внимание в течениепоследних десятилетий и вследствие нерешенности целого ряда вопросовпродолжаютразвивалосьоставатьсясцельюактуальными.изученияДанноевоздействиянаучноекороткихнаправлениеимпульсовнаконденсированные среды, детального исследования таких процессов каклазерное распыление, абляция, перераспределение примесей, возникновениеновых и растворение старых фаз, возникновение мощных ударных волн и ихвлияние на структуру материалов.В частности, ожидается, что в процессе работы ТЯР с магнитнымудержанием плазмы в материале первой стенки будет происходить накоплениекомпонентов плазмы – изотопов водорода (дейтерия и трития), а также гелия –продукта термоядерной реакции.
Процесса накопления и адсорбции-десорбцииданных газов могут приводить как к ухудшению ресурса материалов первойстенки ТЯР, так и к засорению и охлаждению термоядерной плазмы, поэтомуих изучение имеет важное значение.В настоящей главе описаны исследования сорбции и накоплениядейтерияподдействиемимпульснойвысокотемпературнойплазмыи147перераспределения при этом водорода, присутствующего в качестве газовойпримеси в вольфрамовых фольгах, а также исследование влияния количестваплазменных импульсов на перераспределение и глубину проникновенияводорода и дейтерия в облученный вольфрам.Облучение сборок вольфрамовых фольг проводили на ПФ-4 [172-174] посхеме, показанной на Рис. 2.14 (слева) в п.
2.7. Плазмообразующий газ –дейтерий, расстояние от анода до мишени составляло 45 мм.Исследуемыеобразцыфольгбылиизготовленыпоразличнымтехнологиям: стандартной прокаткой или прессованием мелкодисперсногоспеченного порошкового вольфрама.Исследованы передние стороны удаленных от плазменного потока фольг(то есть прикрытых обращенной к плазме первой фольгой) сборок из двухвольфрамовых фольг.Изучены три вида сборок из двух плотно прижатых фольг размером15 × 15 мм2.Образец 1 – W12; W-фольги, каждая толщиной 100 мкм, прокатанная(полученная на предприятии «Луч», г.
Подольск). Облучение 10 импульсамидейтериевой плазмы на установке ПФ-4;Образец 2 – W12p; W-фольги, каждая толщиной 230 мкм, полученнаяметодом порошковой металлургии; образцы были доставлены из Польши.Облучение 10 импульсами дейтериевой плазмы на установке ПФ-4;Образец 3 – W12pp; W-фольги, каждая толщиной 230 мкм, полученнаяметодом порошковой металлургии; образцы были доставлены из Польши.Облучение 20 импульсами дейтериевой плазмы на установке ПФ-4.Следует отметить, что после воздействия высокотемпературной плазмыкачествообращенныхкплазмефольгвсборкахбылоневполнеудовлетворительным для проведения надежных количественных исследованийметодомрезерфордовскогообратногорассеяния(РОР)(Rutherfordbackscattering spectrometry – RBS) и ERDA исследований (см. п.
2.11.4),148поэтому исследованы только передние поверхности вторых, удаленных отнепосредственного плазменного воздействия, фольг в сборках.Для определения профиля распределения водорода и дейтерия вW-фольгах использовали установку РОР (НИИЯФ МГУ, см. п. 2.11.4).Геометрия расположения падающего пучка ионов He+ с энергией 2,0 МэВ,образца и детектора рассеянных частиц показаны на Рис.
2.20 в п. 2.11.4.2.Обработка спектров была проведена с применением стандартной программыSIMNRA 6.06 [121].На Рис. 4.2, а, в, д показаны ERDA спектры. Рассчитанные по этимспектрам профили распределения H и D изображены на Рис. 4.2, б, г, е.Для определения изменения профиля проникновения дейтерия иперераспределения водорода H и дейтерия D по поверхности W-фольг, былисняты ERDA спектры в центре и в периферийной области (на краю) W-фольгикаждого исследованного образца. На Рис.
4.3 показаны профили распределенияH и D для образца W12 в центре и в периферийной области воздействияплазменного пучка.Влияние изменения типа W-подложки на распределение элементовможно оценить, сравнивая профили распределения H и D на Рис. 4.2, б, г.Рис.4.2,бсоответствуетпрокатаннойW-фольге(образец1),Рис. 4.2, г – спеченной из порошка W-фольге (образец 2). Если в образце 2дейтерия почти нет, то в образце 1 он четко обнаруживается и глубина егопроникновения в 2 раза больше, чем у образца 2.
Заметим, однако, что водородв непосредственной близости от поверхности, наоборот, наблюдается вбольших количествах на образце 2: ~ 0,47 ат. % (в образце 1 – его содержание~0,36 ат. %). При этом в образце 1 концентрация H по глубине практически неизменяется (0,36 ат. % – на поверхности и 0,26 ат. % – в глубине, на расстоянии294 нм от поверхности), тогда как в образце 2 концентрация H меняетсязначительно (0,47 ат. % – на поверхности и 0,13 ат.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
