Современные проблемы УТС (Багрянский, Бурдаков, Шошин) (1248471), страница 13
Текст из файла (страница 13)
При облучениимишеней разрушается зона, в которой выделившаяся энергия превосходитуказанную величину. При больших плотностях энергии (выше 5 МДж/м2)энерговыделение от электронов пучка превосходит указанный порог, такчто глубина разрушения определяется пробегом релятивистских электронов в материале мишени.Отдельного внимания заслуживает величина эрозии, полученная в этомэксперименте: при плотности энергии в электронном пучке 30 МДж/м2,что характерно для сильных срывов тока в ИТЭР, с поверхности графитовой мишени эродировал слой толщиной 500 мкм.Эрозия металлов (в том числе вольфрама) может осуществляться засчёт капельного разбрызгивания расплава, образующегося на поверхностимишени [18]. Образующиеся при объёмном нагреве напряжения внутривольфрама при последующих термоциклических нагрузках приводят кмакроскопическим отколам.
Стойкость вольфрама также зависит от ориентации гранул и того, как вольфрам был произведен.Откуда могут появиться высокоэнергичные электроны в падающемплазменном потоке? Во-первых, релятивистские электронные пучки используются для нагрева плазмы в открытых ловушках (как существующих,так и перспективных [36]), и после прохождения через плазму они должныпопасть на приемник. Во-вторых, во время срыва на ИТЭРе будет образовываться популяция высокоэнергичных (до сотен МэВ) убегающих электронов, падающих под небольшим (скользящим) углом на мишень и которые паровая защита остановить не может вследствие их большого пробега.Убегающие электроны набирают энергию до сотен МэВ в индуцированном электрическом поле (около 100 В/м в течение 5 мс).
Ограничениесверху на энергию электронов – синхротронное излучение. Образуются66убегающие электроны вследствие двух механизмов [37]: классическогоДрейсеровского (Dreicer) процесса или вторичного механизма генерации.Первый определяется диффузией в пространстве скоростей электронов стак называемой критической скоростью, при которой столкновительныепотери уравновешены ускорением в электрическом поле. Второй механизмпроисходит из близких кулоновских столкновений между убегающимиэлектронами и тепловыми электронами, которые в результате также становятся убегающими.
Спектр энергии и поток убегающих электронов зависит от того, какой механизм преобладает.10.4. Исследование стойкости к нейтронным потокамНейтронная нагрузка на материал коммерческого термоядерного реактора равна 150 dpa, что в 15 раз выше нагрузок на современных АЭС.Ядерные реакторы деления производят множество нейтронов, но их энергия ниже энергии нейтронов, рождающихся в термоядерных реакциях.Известные материалы, стойкие к условиям ядерных реакторов, как правило, не применимы к термоядерным системам.
Для изучения стойкости материалов к потоку термоядерных нейтронов нужен мощный источник этихнейтронов. В мире предлагается две основные схемы создания такого источника: это уже упоминавшийся проект на основе газодинамической ловушки и ускорительный проект IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility).Проведенные эксперименты показали, что под воздействием нейтронного облучения бериллий разбухает (трансмутация Be → He, T), вольфрамактивируется и становится более хрупким, у углеродных материалов падает теплопроводность.Графит, в частности, предназначенный для ядерных реакторов, обладает повышенной прочностью при высоких температурах.
Такое свойствографитов объясняют, как правило, «залечиванием» микротрещин в результате самодиффузии атомов углерода при повышенных (вплоть до2400÷2500 °С) температурах [19–21]. Уникальный характер прочностныхсвойств графитовых композитов при повышенных температурах позволяетсохранять работоспособность графитовых кладок уран-графитовых реакторов под воздействием нейтронного облучения в течение многих десятков лет, с почти двукратным превышением ресурсного срока [22].
Например, графитовая кладка реактора АМ-1 Обнинской АЭС остается работоспособной в течение 50 лет [22].В дополнение к материалу о первой стенке полезно отметить несколькоеще не упоминавшихся моментов. Хотя графит активно используется вомногих плазменных установках, некоторые вопросы остаются невыясненными.67Под воздействием плазмы химическая эрозия с образованием углеводородов, которая велика при низких температурах, приводит к переосаждению материала в различных областях поверхности первой стенки. Приэтом возможно значительное загрязнение системы тритием.
Оценки показывают, что возможен захват 1÷20 г трития за разряд. С учетом ограничения на захват трития в камере ИТЭР в 350 г легко оценить, что предел принеблагоприятном сценарии может быть достигнут менее чем за 50 выстрелов. Возможно, придется разработать технологии удаления трития илисамого переосажденного материала. Дополнительный вопрос – совместимость материалов между собой, т.
е. как изменится стойкость к облучениюCFC, если рядом облучается вольфрам, и наоборот. Все это в настоящеевремя активно исследуется, в том числе на ГОЛ-3, единственной термоядерной установке в мире, имеющей в плазменном потоке мощную компоненту горячих электронов.68ВМЕСТО ЗАКЛЮЧЕНИЯАвторы этого издания, вслед за большей частью научной общественности, убеждены, что управляемый термоядерный синтез является единственным направлением развития энергетики, которое способно удовлетворить всем требования нашей цивилизации в ближайшем и последующихтысячелетиях: экономическим, экологическим и геополитическим.
Запасы«топлива» практически неисчерпаемы, производство энергии не сопряжено с выбросами, вопросы обеспечения безопасности могут быть полностью решены доступными сегодня техническими средствами. Будущиеэнергетические установки обещают быть компактными и способнымиразмещаться в самых густонаселенных областях, что, в принципе, решаетзадачу энергетической независимости отдельных государств и территорий.В отличие от реакторов деления, «топливо» термоядерных реакторов неможет быть использовано для производства взрывных устройств.Достигнутые на сегодняшний день результаты исследований позволяют с уверенностью сказать, что ряд ключевых вопросов физики решен исоздание реакторов синтеза для производства энергии возможно в ближайшие десятилетия.
Вместе с тем следует подчеркнуть, что развитые внастоящее время пути решения проблемы уводят нас в области, лежащиена пределе сегодняшних технологических возможностей, а создание термоядерной энергетики видится как результат сложного эволюционногопути развития термоядерных технологий.В свое время Игорь Николаевич Головин – ученик, соратник и заместитель Игоря Васильевича Курчатова по Институту атомной энергии – утверждал, что все подходы к решению проблемы управляемого термоядерного синтеза одинаково трудны. Это утверждение в среде специалистов вшутку называется «теоремой Головина», и более чем полувековой опытисследований в области УТС, к сожалению, подтверждает её. Однако неследует отбрасывать возможность кратчайшего пути к осуществлениюУТС через новые «прорывные» идеи, нуждающиеся в «свежих» головах.Авторы смеют надеяться, что предлагаемый обзор может вызвать интересчитателей к проблеме и содействовать появлению новых идей, реализациякоторых позволит опровергнуть «теорему Головина».69СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ1.
Герштейн С. С. , Петров В. И., Пономарев Л. И. Мюонный катализ иядерный бридинг // Успехи Физических Наук. 1990. Вып. 8. Т. 160.С. 3–46.2. Лукьянов С. Ю. Горячая плазма и управляемый термоядерный синтез.М.: Наука, 1975.3. Куртмуллаев Р. Х., Малютин А. И., Семенов В. Н. Компактный тор //Итоги науки и техники. Физика плазмы.
ВИНИТИ. 1985. Т. 7. С. 80135.4. Будкер Г. И. Собрание трудов. М.: Наука, 1982.5. Димов Г. И., Закайдаков В. В., Кишеневский М. Е. Термоядерная ловушка с двумя пробками // Физика плазмы. 1976. №4. Т. 2. С. 597-610.6. Димов Г. И. Амбиполярная ловушка // Успехи Физических Наук. 2005.№ 11. Т. 175. С. 1185–1206.7. Мирнов В. В., Рютов Д. Д. Газодинамическая ловушка // Вопросы атомной науки и техники, сер. Термоядерный синтез. 1980. Т. 1. С. 57-66.8. Аржанников А. В., Батраков А. М., Бурдаков А.
В., Иванов И. А., Меклер К. И., Поступаев В. В., Ровенских А. Ф., Полосаткин С. В., Сазанский В. Я., Синицкий С. Л., Суляев Ю. С., Экспериментальное исследование динамики нейтронной эмиссии в многопробочной ловушкеГОЛ-3. // Физика плазмы. 2006. №2. Т. 32. С. 113–121.9. Капица П. Л. Эксперимент, теория, практика. М.: Наука, 1981. С. 110128.10. Лучников В. А. Экономика управляемого термояда // Химия и жизнь.2009. №1. С. 14-17.11. Волосов В. И., Безнейтронный резонансный синтез (необходимость,принципы, проблемы, пути реализации) // Вопросы атомной науки итехники. Серия: Термоядерный синтез.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
