Специалисты МИФИ являются участниками проекта по созданию международного экспериментального термоядерного реактора ИТЭР, который сейчас строится на юге Франции. Этот реактор является одним из перспективных источников энергии ближайшего будущего.
Российские ученые занимаются поиском решения одной из технических проблем, которая связана с поглощением топлива – изотопов водорода – с внутренней поверхности реактора. Так, в ходе термоядерной реакции сверхтяжелый водород тритий вступает в реакцию с дейтерием, в ходе чего выделяется энергия и образуются гелий и нейтроны. Одним из основных каналов накопления рабочего газа является так называемое со-осаждение. В ходе горения разряда внутренняя поверхность реактора (которая в ИТЭР предположительно будет состоять из вольфрама) частично распыляется, от нее отделяются атомы, которые потом осаждаются обратно на поверхность стенки. Растущие пленки с высокой эффективностью захватывают падающие на поверхность ионы трития, поэтому большая доля атомов водорода оказывается именно в этом тонком слое.
Так, захват топлива порождает целый ряд проблем: потери трития значительно влияют на экономику термоядерной установки и эффективность ее работы, а его бесконтрольное накопление на стенках реактора может создать угрозу безопасности всей системы. Поэтому для того, чтобы контролировать количество водорода, оседающего на поверхности реактора, создается специальный метод «диагностики» при помощи лазера.
Суть метода состоит в том, что малый по площади участок внутренней стенки нагревается с помощью лазерного излучения и «застрявший» в стенке тритий выделяется обратно, после чего его количество оценивается методами масс-спектрометрии или оптической спектроскопии. Преимущество этого способа в простоте, а также в возможности использовать его прямо в реакторе, измеряя поглощенный водород между плазменными зарядами.
Сейчас существует не так много методов диагностики поверхности стенок, к тому же большинство из них находятся в разработке. Но эти измерения чрезвычайно важны – они позволяют не только контролировать количество трития, но и дают представление о физике удержания плазмы.
Юрий Гаспарян, заведующий кафедрой физики плазмы НИЯУ МИФИ, совместно со своим коллегой, аспирантом кафедры Владимиром Кулагиным, провел моделирование, с помощью которого оценил оптимальные параметры лазерного воздействия при исследовании вольфрамовой поверхности реактора. Моделирование показало, что важным параметром является температура нагрева поверхности – чем выше нагрев, тем большей точности измерений можно добиться. Также на точность влияет и продолжительность нагрева – чем дольше воздействует лазер, тем более глубокие слои можно исследовать. Согласно расчетам, нагрев материала импульсом длительностью в миллисекунду может привести к почти полному выделению водорода из слоя толщиной 10 мкм. Для диагностики состояния поверхности этого может быть достаточно, поскольку на такой глубине «залегает» большая часть поглощенного поверхностью трития.
Результаты исследования российских ученых опубликованы в Journal of Nuclear Materials.
Источник: МИФИ
распечатать статью
