Диссертация (1137074)
Текст из файла
Федеральное государственное автономное образовательноеучреждение высшего профессионального образования«Национальный исследовательский университет"Высшая школа экономики"»На правах рукописиЖарков Михаил ЮрьевичСОЗДАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ И РАЗРАБОТКАОБРАЩЁННЫХ К ПЛАЗМЕ ЭНЕРГОНАПРЯЖЁННЫХВНУТРИКАМЕРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТОКАМАКА НА ОСНОВЕЛИТИЕВЫХ КАПИЛЛЯРНО-ПОРИСТЫХ СИСТЕМСпециальность 01.04.07 — Физика конденсированного состоянияДиссертацияна соискание ученой степени кандидата технических наукНаучный руководитель:доктор физико-математических наук,профессор Бондаренко Г.Г.Москва — 20152ОглавлениеСтр.Введение………………………………………………………….....................7Глава 1.
Литературный обзор. Анализ перспектив использования литияв качестве материала для внутрикамерных элементов токамака…………..1.1.Материаловедческаяпроблемавнутрикамерныхэлементовтокамаков и предполагаемые методы её решения……………………..…1.2.Использованиежидкоголитиявкачестве1515материала,контактирующего с плазмой. Литиевые капиллярно-пористые системы(КПС)…………………………………………………………………..…….171.3. Экспериментальное подтверждение целесообразности применениялиитиевых КПС в качестве материала, контактирующего с плазмойтокамака……………………………………………………………………..181.3.1.
Исследования динамики эмиссии и распыления лития вусловиях плазмы токамака……………………........................................191.3.2. Исследования по удержанию дейтерия жидким литием……….231.3.3. Исследования влияния лития на параметры плазмы…………...251.3.4. Концепция замкнутой литиевой петли в токамаке………….…..321.4.
Выводы по главе 1………………………………………………….….37Глава 2. Экспериментальные методы исследования………….....................392.1. Токамак Т-11М. Описание экспериментальной установки…………392.2. Подготовка литиевых КПС к экспериментам……….….....................422.3. Экспериментальные методы, используемые в экспериментах слитиевыми устройствами…………………………………………………..422.4. Материалы на основе ванадия и их подготовка к экспериментампо исследованию коррозионного взаимодействия с литием и сплавомнатрия с калием эвтектического состава………………………………….442.5. Экспериментальные методы определения коррозионной стойкостиванадиевых сплавов………………………………………………………...463Стр.2.6.
Выводы по главе 2……………………………………………………..48Глава 3. Внутрикамерные устройства токамаков на основе литиевыхкапиллярно-пористых систем………………………………………………...3.1.Основныетребования,предъявляемыек49литиевымвнутрикамерным устройствам……………………………………………..503.2. Вопросы выбора материала-основы КПС…………………...……….523.3. Тепловое состояние литиевых лимитеров. Обобщённая методикатеплового расчёта литиевых лимитеров…………………………….…….553.3.1. Методика расчёта начального теплового состояния лимитера553.3.2. Методика расчёта теплового состояния лимитера при еговзаимодействии с плазмой………………………………………..……..583.5.
Кольцевой лимитер Т-11М……….……………………………..…….643.5.1. Тепловой расчёт кольцевого лимитера…………………………..673.6. Вертикальный лимитер Т-11М………………….……….....................743.6.1. Тепловой расчёт вертикального лимитера…................................783.6.1.1. Расчёт начального теплового состояния лимитера………...783.6.1.2.Расчёттепловогосостояниялимитераприеговзаимодействии с плазмой……………………………………………803.7.
Продольный лимитер Т-11М………………………….………….…...883.7.1. Тепловой расчёт продольного лимитера…...................................923.7.1.1. Расчёт начального теплового состояния лимитера………...923.7.1.2.Расчёттепловогосостояниялимитераприеговзаимодействии с плазмой……………………………………………943.8.
Оценка работоспособности лимитеров при нештатных режимахтокамака……………………………………………………………………..1043.9. Технологические аспекты реализации концепции замкнутойлитиевой петли на стационарных токамаках. Создание собирающейкриогенной мишени…………………………………………………..……. 1054Стр.3.9.1. Тепловой расчёт криомишени………………................................1083.10.
Выводы по главе 3……………………………………………………110Глава 4. Исследование литиевых капиллярно-пористых систем какматериала, непосредственно контактирующего с горячей плазмойтокамака…………………………………………………………………..……1164.1. Исследование поведения эмиссии лития из литиевого лимитерапод воздействием длительной бомбардировки дейтерием…………….... 1174.1.1. Методика проведения эксперимента……………….....................1174.1.2. Результаты тестовой кампании…………………………………..1174.2.
Исследование захвата примесей литиевыми КПС в условияхтокамака……………………………………………………………………..1194.2.1. Постановка эксперимента…………………………………….…..1194.2.2. Результаты химического анализа поверхности образца………..1214.3. Исследования транспортировки лития в экспериментах скольцевым лимитером……………….………………………………….…. 1244.3.1. Размещение лимитеров и методика проведения экспериментов1254.3.2. Определение циркуляционной части литиевого потока……..… 1254.3.3.
Определение литиевого потока со стенки камеры вплазменный шнур………………………………….……….....................1284.3.4. Определение азимутального распределения осаждённоголития на кольцевой лимитер……….………............................................ 1284.3.5. Основные результаты экспериментальной кампании………….. 1294.4. Исследование транспортировки лития в экспериментах слитиевыми вертикальным, горизонтальным и графитовым лимитерами 1304.4.1. Размещение лимитеров, диагностических устройств в камеретокамака Т-11М……………..………........................................................
1314.4.2.Определениеоптимальногорадиальногосмещенияколлектора относительно эмиттера…………………………………….. 1325Стр.4.4.3.Эксперименты по определению радиального распределениялития в SOL при использовании вертикального литиевого лимитерана токамаке Т-11…....................................................................................4.4.4.Экспериментыспеременным135использованиемгоризонтального и вертикального лимитеров в роли «эмиттера» и«коллектора»……………………………………………………………..1364.4.5. Результаты экспериментальной кампании……..………………..
1384.5. Первые эксперименты с продольным литиевым лимитером……….1414.5.1. Размещение лимитеров, диагностических устройств в камеретокамака Т-11М………………………………………………………….. 1414.5.2. Эксперименты по определению радиального распределениялития в SOL при использовании продольного и вертикальноголитиевых лимитеров на токамаке Т-11М………………………………4.5.3.Схемастационарноготермоядерногореактора141сиспользованием литиевых лимитеров………………………….………1434.6. Эксперименты по сбору лития криогенной мишенью………...…….1454.6.1. Схема экспериментов……………………………..……..………..1454.6.2.
Эксперименты по определению эффективности сбора литиякриогенной мишенью в зависимости от вакуумных условий….……..1454.6.3. Исследование влияния температуры стенок разрядной камерына эффективность сбора лития………………………………………….1494.6.4. Исследование влияния рабочего газа тлеющего разряда наэффективность сбора лития……………..……........................................1504.6.5.
Исследование влияния электрических и магнитных полей наэффективность сбора лития……………………......................................1524.6.6. Эксперименты с криогенной мишенью в режиме штатнойработы токамака…………………………………………………………. 1534.6.7. Результаты экспериментальной кампании……………………… 1556Стр.4.7. Выводы по главе 4……………………………………..………………Глава5.Исследованиеивнедрениеновыхперспективныхконструкционных материалов для внутрикамерных литиевых устройств..5.1.Исследованиекоррозионного156взаимодействияванадия157иванадиевых сплавов с жидким литием……………..………......................1575.1.1.
Постановка эксперимента………………….……………………..1585.1.2. Результаты эксперимента..………………..…………………..….. 1595.2.Исследованиекоррозионноговзаимодействияванадияиванадиевого сплава V–4Ti –4Cr с эвтектическим расплавом Na-K..……1655.2.1. Постановка эксперимента…………………………………….…..1665.2.2. Результаты эксперимента………………..……………………..… 1675.3.
Исследование коррозионной стойкости сплава V–4Ti–4Cr вконвекционном потоке эвтектического сплава Na – K……………..……1695.3.1. Постановка эксперимента………….………………………….….1695.3.2. Результаты эксперимента....…………….………………………... 1725.4. Выводы по главе 5…………………………………………………..…1766. Общие выводы и результаты работы…………………..……………… 177Список использованной литературы…………………………...………… 180Приложение………………………………………………………………….1897ВведениеАктуальность темыОсвоение термоядерного источника энергии на основе дейтериевотритиевойреакциипривелокидеесозданияИнтернациональногоТермоядерного Экспериментального Реактора (ИТЭР) с мощностью до 500МВт. Как известно, все внутрикамерные энергонапряжённые элементы этогореакторапредполагаетсявыполнятьизбериллия,вольфрамаиуглеволокнистого композита [1, 2].
Однако уже сейчас понятно, что этиматериалы в твёрдой фазе при расчётных нагрузках будут работать на пределесвоих возможностей. Доказано, что будут иметь место растрескивание ираспылениематериаловДемонстрационномуВ[3].связитермоядерномусэтимреакторупереходот(ДЕМО)ИТЭРвксветематериаловедческой проблемы представляется затруднённым. Возможнымрешением этой задачи представляется использования лития в жидкой фазесовместно с капиллярно-пористыми системами (КПС)для стабилизациижидкой поверхности.ЭкспериментынатокамакеТ11-Мпродемонстрировали,чтоэффективным механизмом охлаждения периферии плазмы, а, следовательно, изащитыконтактирующихквазистационарногоразряда,сплазмойможетповерхностейслужитьвусловияхнекорональноеизлучениепостоянно циркулирующих между плазмой и защищаемой поверхностьюатомов и ионов лития.
Эффект «экранирования» позволяет рассеять почти 80%всей энергии омического нагрева на стенки вакуумной камеры посредствомультрафиолетового излучения и может послужить основой концепциизамкнутой литиевой петли в стационарно работающих токамаках с литиевымиэмиттером и коллектором. Она предполагает создание замкнутой петлициркуляции лития на границе плазменного шнура с предварительно нагретым(до 400 – 700°С) лимитером, выступающим в роли эмиттера, и вторым более8холодным лимитером в его тени — литиевым коллектором. К моменту началанастоящего диссертационного исследования были проведены испытаниярельсового горизонтального лимитера на основе литиевых капиллярнопористых систем, получены эмиссионные характеристики литиевых КПС,данные об удержании ими дейтерия, подтверждена их совместимость с плазмойтокамака, подтверждено полное удержание жидкого лития твёрдой матрицейКПС и проведены первые эксперименты по исследованию закономерностейосаждения лития.
Реализация этой концепции защиты в настоящей работепотребовала создание различных вариантов литиевых устройств.В процессе работы некоторая часть лития будет неизбежно оседать навнутренних стенках вакуумной камеры, что может привести к аварийнымситуациям. К моменту начала настоящего диссертационного исследования всетехнологические операции по очистке вакуумной камеры от плёнок литиясводились к трудоёмкой работе с разгерметизацией камеры и последующимсмыванием лития обычной водой. По мере развития концепции замкнутойлитиевой петли этот вопрос будет требовать более технологичного решения.В настоящее время в качестве основного конструкционного материала всёбольшее вниманиепривлекают сплавы на основе ванадия.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
