Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Gerashchenko conf kharkov_2017_fin

50 views

Published on

Gerashchenko conf kharkov_2017_fin

Published in: Engineering
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

Gerashchenko conf kharkov_2017_fin

  1. 1. Харьков , 18 октября 2017 г. Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» Институт физики плазмы Докладчик: Геращенко Станислав Моделирование поведения компонентов дивертора ИТЭР в условиях переходных процессов С.С. Геращенко, В.А. Махлай, Н.Н. Аксенов, И.Е. Гаркуша, О.В. Бырка, Н.В. Кулик, В.В. Чеботарев, С.И. Лебедев, П.Б. Шевчук Особенности поведения вольфрама под действием стационарных и импульсных плазменных нагрузок в условиях термоядерного реактора С.С. Геращенко, Н.Н. Аксенов, И.А. Бизюков, А.И. Гирка, В.А. Махлай, С.В. Малихин, С.В. Суровицкий, К.Н. Середа, А.А. Бизюков, И.Е. Гаркуша
  2. 2. Харьков , 18 октября 2017 г. Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» Институт физики плазмы План  Введение  Экспериментальная установка КСПУ Х-50  Облучение вольфрамовой мишени в условиях переходных процессов в ИТЭР  Динамика эжекции частиц во время взаимодействия плазмы с поверхностью мишени  Морфология поверхности облученной мишени  Выводы. Часть 1  Комбинированное стационарное и импульсное плазменное облучение вольфрама в условиях термоядерного реактора  Параметры импульсного плазменного облучения КСПУ Х-50  Параметры стационарного плазменного облучения  Изменение структуры вольфрамовых образцов во время комбинированных плазменных нагрузок  Морфология поверхности вольфрама после комбинированного плазменного облучения  Выводы. Часть 2
  3. 3. Харьков , 18 октября 2017 г. Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» Институт физики плазмы ВведениеВведение Ключевые задачи 1.Эрозионное время жизни материалов поверхности дивертора 2.Совместимость с плазмой Тепловые потоки на диверторные пластины : Стационарные потоки:Стационарные потоки: P =P = додо 2020 МВт/МВт/м2 ; Срывы токаСрывы тока:: Q = (10…100) МДж/м2 ; t = (1…10) мс Edge Localized Modes (ELMs):Edge Localized Modes (ELMs): Q =(1…3) МДж/м2 ; (до 10 ГВт/м2 ) t = (0,1..0,5) мс; ν = (1…100) Hz до 106 за рабочий цикл
  4. 4. Харьков , 18 октября 2017 г. Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» Институт физики плазмы КСПУ Х-50 ускоритель с плазмы уникальными параметрами : Средняя плотность плазмы – (0.2-7).1016 см-3 ; Энергия протонов – (0,2-0,9) кэВ; Плотность энергии в плазме – (0.5-30) MДж/м2 ; Энергосодержание в плазме – (100-500) кДж; Длительность генерации – (0,04-0,25) мс. Мощный квазистационарный ускоритель плазмы КСПУ Х-50
  5. 5. Харьков , 18 октября 2017 г. Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» Институт физики плазмы Основной ускорительный канал Разрядный ток Jd ≤ 0.7 MA Напряжение Uc ≤ 15 кВ Длительность разряда τ ≈0,3 мc Плотность энергии в потоке ρw = (0.5…30) MДж/м2 Длительность потока плазмы τ ≈ 0,25 mc Pmax = (3,2-18) Барр, n = (0,2-7) 1016 cm-3 B0 =0,54 T (β ≈ 0,3…0,4) КСПУ Х-50 Положение мишени Z=2,3 м Катушки Диагностическая камера
  6. 6. Харьков , 18 октября 2017 г. Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» Институт физики плазмы Облучение вольфрамовой мишени в условиях переходных процессов в ИТЭР Parameters Cracking threshold of tungsten Melting threshold of tungsten Evaporatio n threshold of tungsten Target Heat Load [MJ/m2 ] 0.3 0.6 1.1 Plasma load duration [ms] 0.25 0.25 0.25 Heat flux [GW/m2 ] 1.2 2.4 4.4 Surface Heat factor [MW×s1/2 ×m-2 ] 19 38 69.6 Сегментированный образец 5x5x1 cm3 . Размер каждого сегмента 2.2х1.2 cm2 Такие параметры близки к конструкции дивертора в ИТЭР Тепловая нагрузка на поверхность 0,9 МДж/м2 Количество облучений в серии экспериментов 200 импульсов Температура мишени между импульсами была близка к комнатной
  7. 7. Харьков , 18 октября 2017 г. Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» Институт физики плазмы Динамика эжекции частиц во время взаимодействия плазмы с поверхностью мишени Распределение скоростей частиц в зависимости от времени старта с поверхности мишени для 80 плазменного импульса. Ноль соответствует началу взаимодействия плазмы с поверхностью 3,6 ms 4,8 ms 6 ms Pl Плазменный импульс №80 Кадры цифровой камеры во время 80 плазменного облучения. Время экспозиции 1,2 мс
  8. 8. Харьков , 18 октября 2017 г. Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» Институт физики плазмы Pl 3,6 ms 4,8 ms 6 ms Динамика эжекции частиц во время взаимодействия плазмы с поверхностью мишени Плазменный импульс №150 Кадры цифровой камеры во время 150 плазменного облучения. Время экспозиции 1,2 мс Распределение скоростей частиц в зависимости от времени старта с поверхности мишени для 150 плазменного импульса. Ноль соответствует началу взаимодействия плазмы с поверхностью
  9. 9. Харьков , 18 октября 2017 г. Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» Институт физики плазмы Морфология поверхности облученной мишени 80 200 μm 200 200 μm 150 200 μm 1 cm
  10. 10. Харьков , 18 октября 2017 г. Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» Институт физики плазмы  Исследованы особенности взаимодействия мощных плазменных потоков генерируемых КСПУ Х-50 (0,9 МДж/м2 , 0,25 мс ) с вольфрамовой мишенью 3D геометрии в условиях близких к ELMам в ИТЭР  Показано, что циклические плазменные нагрузки приводят к существенной эрозии мишени, которая сопровождается отделением от поверхности мишени капель/пыли вольфрама.  После 100 импульсов количество эжектируемых частиц уменьшается. Частицы отделяются от поверхности после ее застывания (0,25 мс). Отделение частиц вольфрама происходит с краев сегментов мишени.  Под действием повторяющихся плазменных импульсов на поверхности формируются сетки макро- и микротрещин.  Площадь каждой ячейки сетки трещин на поверхности уменьшается под влиянием силы поверхностного натяжения при застывании расплавленного слоя. Появление на поверхности мишени сетки трещин, образование расплавленного слоя и его движение, приводящее к формированию волнистой структуры составляют основные механизмы эрозии 3D мишени Выводы. Часть 1
  11. 11. Харьков , 18 октября 2017 г. Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» Институт физики плазмы Комбинированное стационарное и импульсное плазменное облучение вольфрама в условиях термоядерного реактора Parameters Cracking threshold of tungsten Melting threshold of tungsten Evaporatio n threshold of tungsten Target Heat Load [MJ/m2 ] 0.3 0.6 1.1 Plasma load duration [ms] 0.25 0.25 0.25 Heat flux [GW/m2 ] 1.2 2.4 4.4 Surface Heat factor [MW×s1/2 ×m-2 ] 19 38 69.6 Вольфрамовые образцы из поликристаллического вольфрама изготовлены Plansee с чистотой 99.999% wt. Этот материал рекомендован к использованию в ИТЭР. Размеры образцов 1,2×1,5×0,08 см3 . Размеры зерен в диапазоне 5–20 мкм. Все образцы механически отполированы до зеркальной поверхности. Параметры импульсного плазменного облучения КСПУ Х-50 Тепловая нагрузка на поверхность: 0.45 МДж/м2 (ITER type I ELM) W32 с текстурой [100] W42 - [110]
  12. 12. Харьков , 18 октября 2017 г. Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» Институт физики плазмы Параметры стационарного плазменного облучения FALCON Средняя энергия ионов: 2 кэВ Диаметр водородного ионного пучка: 3 мм Поток частиц: ~1022 м-2 с-1 Поток тепла: 1,7 МВт/м2 Источник ионов FALCON позволяет создавать стационарные потоки частиц и тепла с параметрами близкими к условиям ИТЭР
  13. 13. Харьков , 18 октября 2017 г. Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» Институт физики плазмы Изменение остаточных напряжений и ширины дифракционного максимума в результате стационарных и импульсных плазменных нагрузок. Изменение структуры вольфрамовых образцов во время комбинированных плазменных нагрузок
  14. 14. Харьков , 18 октября 2017 г. Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» Институт физики плазмы Изменение структуры вольфрамовых образцов во время комбинированных плазменных нагрузок Изменение параметра решетки и ассиметрии дифракционного пика в результате стационарных и импульсных плазменных нагрузок. W32 W42
  15. 15. Харьков , 18 октября 2017 г. Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» Институт физики плазмы Морфология поверхности вольфрама после комбинированного плазменного облучения W32W42 FALCON FALCON/QSPA FALCON/QSPA/FALCON
  16. 16. Харьков , 18 октября 2017 г. Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» Институт физики плазмы  Экспериментально исследовано поведение вольфрама при комбинированном стационарном и импульсном плазменном воздействии. Стационарные водородные ионные потоки создавались источником ионов FALCON. Импульсные плазменные нагрузки ниже порога плавления вольфрама генерировались в КСПУ Х-50.  В результате комбинированных плазменных нагрузок возрастает шероховатость облученных вольфрамовых поверхностей. Увеличение шероховатости обусловлено образованием трещин и поднятием границ зерен на облученных поверхностях.  Симметричные термические остаточные напряжения создаются в облученных поверхностях в основном импульсными плазменными нагрузками. Воздействие стационарных плазменных нагрузок приводит к отжигу остаточных напряжений и линейных дефектов как начальном состоянии, так и после импульсного облучения. Показано, что образование трещин связано с изменением количества комплексов точечных дефектов во время комбинированного облучения. Выводы. Часть 2
  17. 17. Харьков , 18 октября 2017 г. Национальный научный центр «Харьковский физико-технический институт» Институт физики плазмы Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание

×