Отчет о составной части научно-исследовательской работы «Реализация научной программы национального центра физики и математики 2023- 2025 гг. по направлению 8 «Физика изотопов водорода. Этап 2023-2025» по теме: Исследование взаимодействия изотопов водорода с конструкционными материалами термоядерных реакторов (промежуточный, этап 2)

На втором этапе работ по теме «Исследование взаимодействия изотопов водорода с конструкционными материалами термоядерных реакторов» были поставлены следующие задачи: – Изготовление модуля для измерения проницаемости конструкционных материалов при облучении плазмой. – Проведение исследования изотопного обмена в конструкционных материалах с дефектами структуры. Целью работы на данном этапе стали экспериментальное исследование изотопного обмена водорода в конструкционных материалах термоядерных реакторов, а также подготовка экспериментальной техники к дальнейшим исследованиям. Объектом исследования являются процессы взаимодействия ИВ с конструкционными материалами термоядерных реакторов. В ходе выполнения НИР получены следующие научные результаты: 1) Разработан и изготовлен модуль для измерения проницаемости конструкционных материалов при облучении плазмой. 2) Проведены исследования накопления дейтерия в стали ЭК-181 со специально созданными дефектами. 3) Проведены исследования изотопного обмена водорода при плазменном облучении в стали ЭК-181 с ионно-индуцированными дефектами. Поскольку в качестве термоядерного топлива рассматривается смесь дейтерия и трития, одним из объектов исследования при выборе материалов термоядерных реакторов (ТЯР) являются параметры взаимодействия с изотопами водорода. Диффузия изотопов водорода в материалах камеры реактора, накопление в дефектах структуры материалов и проникновение в теплоноситель могут представлять собой потенциальные каналы утечки и потери трития. В связи с биологическим воздействием трития, а также его высокой стоимостью и ограниченностью ресурсов эти процессы могут привести к нарушению безопасной и эффективной эксплуатации термоядерной установки. Для учета потерь и рециркуляции топливных изотопов необходимо знать параметры взаимодействия изотопов водорода с материалами. Изготовленный в рамках второго этапа работ модуль для измерения проницаемости и необходимые компоненты позволят провести на последующих этапах экспериментальные исследования по водородопроницаемости через исследуемые образцы из сплава ванадия, под воздействием плазменного облучения. Одним из важных направлений в области исследований взаимодействия изотопов водорода с материалами термоядерных установок является разработка эффективных технологий извлечения трития из материалов (детритизации). В рамках выполнения работ второго этапа по теме «Исследование взаимодействия изотопов водорода с конструкционными материалами термоядерных реакторов» были проведены исследования изотопного обмена водорода в отечественной ферритно-мартенситной стали ЭК-181. Низкоактивируемые ферритно-мартенситные стали характеризуются быстрым спадом наведенной активности, что делает их перспективным материалом для термоядерных и гибридных реакторных установок. В исследовании использовались образцы, поврежденные путем облучения ионами Fe2+ с целью моделирования дефектов, которые будут образовываться при облучении нейтронами ТЯР. Результаты исследования показали, что плазменное облучение водородом позволяет эффективно удалить дейтерий из образцов стали ЭК-181.