Экспериментальные методы исследования повреждения термическими ударами материалов первой стенки термоядерных реакторов

Диссертационная работа посвящена развитию экспериментальных методов исследования эрозии материалов, перспективных или выбранных для применения при изготовлении защиты обращенных к плазме компонентов. В рамках работы исследовался процесс повреждения поверхности материалов в результате импульсного нагрева, ожидаемого в ходе удержания плазмы в токамаке. Была предложена и реализована in situ методика регистрации тепловой деформации вольфрамовых пластин, протекающей в результате импульсного нагрева одной из поверхностей до температуры хрупко-вязкого перехода и выше. Это позволило экспериментально зарегистрировать процесс хрупко-пластичной деформации вольфрама, а также проанализировать величины остаточных напряжений, возникающих вследствие остаточной пластической деформации импульсно прогреваемого слоя. Полученные результаты позволили подтвердить теоретическое описание причины растрескивания вольфрама в результате импульсного нагрева поверхности. Кроме того, с целью изучения процесса эрозии высокотемпературных керамик вследствие импульсного нагрева, ожидаемого в ходе удержания плазмы в токамаках нового поколения, был создан экспериментальный стенд на основе импульсного инфракрасного лазера, и рассмотрены перспективы применения техники лазерного рассеяния поверхностью образцов. Для проведения экспериментов на стенде была реализована in situ система диагностики диффузно рассеиваемого поверхностью образца непрерывного лазерного излучения. Результаты данной работы позволили описать процесс повреждения поверхности карбида бора, а также охарактеризовать импульсную тепловую нагрузку, провоцирующую эрозию с потерей вещества в случае нагрева поверхности до температур ниже порога плавления или декомпозиции. Экспериментально полученные результаты хорошо согласуются с теоретической оценкой, а также позволяют сделать вывод о возможности применения керамик в качестве защиты обращенных к плазме компонентов с точки зрения их устойчивости к импульсному нагреву. На базе развитого в рамках данной работы экспериментального стенда были проведены испытания покрытий из карбида бора, нанесенных на вольфрам, термическими ударами, которые ожидаются в ходе работы токамака ИТЭР. Результаты позволили описать процесс повреждения поверхности покрытий, нанесенных разными методами, в зависимости от интенсивности теплового воздействия, что дает возможность судить о перспективах их применения в термоядерных реакторах нового поколения.