Ogłoszenie

Streszczenie

Celem wykładu było przedstawienie głównych zagadnień dotyczących materiałów pierwszej ściany w urządzeniach magnetycznej kontrolowanej syntezy termojądrowej. Omówione zostały:

(I) oddziaływania plazma-ściana,
(II) podstawowe właściwości materiałów,
(III) zmiany zachodzące w materiałach,
(IV) metody analizy.

Materiał pierwszej ściany ulega znacznej modyfikacji pod wpływem silnych strumieni cząstek i związanej z tym depozycji energii. Procesami odpowiedzialnymi za modyfikacje powierzchni są przede wszystkim rozpylanie jonowe, erozja chemiczna, a w niektórych sytuacjach także topnienie i sublimacja. W ten sposób następuje także zanieczyszczenie plazmy, gdyż atomy usunięte ze ściany zostają natychmiast zjonizowane w plazmie, migrują wzdłuż linii sil pola magnetycznego, a następnie ulegają osadzeniu na elementach ściany. W tym ostatnim procesie następuje współosadzanie zanieczyszczeń oraz atomów paliwa (deuteru i trytu), co może prowadzić do długotrwałej akumulacji izotopów wodoru w ścianach.

Idealny materiał reaktorowy powinno cechować wysokie przewodnictwo cieplne, wysoka odporność na szoki termiczne, niska liczba atomowa, wysoka temperatura topnienia, odporność na erozje chemiczna przez izotopy wodoru oraz kilka innych parametrów. Takiego idealnego materiału nie ma. W związku z tym, badania materiałowe idą w parze z opracowywaniem takich scenariuszy operacji plazmowej, które pozwalają na kontrole i zmniejszenie negatywnych skutków oddziaływań plazma-ściana. W obecnych urządzeniach głównym materiałem ścian jest węgiel w postaci grafitu lub włokiem węglowych, ale intensywnie testuje się także beryl i wolfram, które maja się stać podstawowymi materiałami w reaktorach następnej generacji. Można powiedzieć, że głównym celem badań właściwości materiałów reaktorowych jest określenie czasu ich życia oraz poziomu akumulacji paliwa. Z punktu widzenia analizy, w sferze zainteresowania są następujące pierwiastki i ich izotopy: H, D, T, Be, B, C-12, C-13, składniki stopu Inconel (Ni, Cr, Fe) oraz Mo i W. Stosowanych jest kilkadziesiąt rożnych metoda badania wnętrza i powierzchni ciał stałych. Szczególny nacisk położony jest na analizę składu i struktury warstw powierzchniowych o głębokości do kilkunastu mikrometrów. W związku z tym najczęściej wykorzystuje się spektroskopowe metody analizy jonowej: badanie produktów reakcji jądrowych (nuclear reaction analysis, NRA), promieniowania X wzbudzanego wiązką protonów lub helu (particle-induced X-ray emission, PIXE), wstecznego rozproszenia jonów (Rutherford backscattering spectroscopy, RBS) i inne. Metody te i korzyści wynikające z ich stosowania zostały szczegółowo omówione w trakcie wykładu.