Взаимодействие высокоэнтропийных сплавов с высокоинтенсивными ионными потоками

Проект направлен на разработку научно-технических основ использования высокоэнтропийных сплавов (ВЭС) для решения одной из ключевых проблем управляемого термоядерного синтеза (УТС) - разработки материалов первой стенки реактора и дивертора, а также функциональных покрытий для вакуумных рабочих камер ускорителей различного типа. Образцы ВЭС на основе тугоплавких элементов с низкой радиоактивационной способностью (W, Ti, V, Cr, Ta и др.) при воздействии радиационного излучения высокой импульсной мощности и нейтронных потоков будут синтезированы в виде тонких плёнок методом магнетронного распыления. Стехиометрический состав ВЭС будет определяться составом отдельных композитных мишеней магнетрона, которые будут включать несколько элементов и будут использоваться одновременно для осаждения покрытий. Полученные образцы будут подвергнуты импульсному радиационно-термическому воздействию с использованием мощных ионных пучков с варьируемыми параметрами с целью проведения радиационных и эрозионных испытаний сформированных покрытий при воздействии потоков энергии с высокой импульсной мощностью. С этой целью будут использованы импульсный ускоритель ионов с диодом на основе магнитной изоляции (ионы углерода и протоны с энергией 150-250 кэВ, длительность импульса 100 нс, плотность тока на мишени – до 300 А/см2). Кроме того, для проведения испытаний будет разработан и изготовлен магнитоизолированный диода с внешним В-полем и индукционным плазменным источником с импульсным напуском газа для создания плазмы с заданным сортом ионов. Данная система обеспечит формирование пучков легких ионов высокой чистоты: протонов, дейтронов, ионов гелия и т.д. в диапазоне энергий ионов до 300 кэВ, длительности импульса 0,1 мкс, плотностей тока до 100 А/см2. Также будет исследована радиационная стойкость образцов к низкоэнергетическим ионным потокам высокой интенсивности (ионы гелия и водорода, величина потока ионов 1е17-1е18 (см-2 с-1), температура образцов при облучении - от 400 до 1400 град. Цельсия). Использование комбинации концентрированных потоков излучения включающих мощные импульсные потоки ионов сравнительно высокой энергии и непрерывные потоки ионов низкой энергии обеспечивающие получение высоких поглощенных доз в тонком слое позволит моделировать воздействие плазмы в широком диапазоне параметров на материал первой стенки и дивертор токамака с учетом развития неустойчивостей в плазме токамака и формирования потоков заряженных частиц высокой импульсной мощности моделирование воздействия которых будет проведено в рамках данного проекта. Комплексные теоретически и экспериментальные исследования радиационной и эрозионной стойкости, структурно-фазового состояния, механических и теплофизических свойств ВЭС плёнок позволят определить допустимые условия эксплуатации изделий на основе ВЭС научно обоснованного состава для первой стенки реакторов, используемых в исследованиях по УТС, и плазменных установках различного типа. Научная новизна проекта будет заключаться в разработке составов ВЭС на основе элементов с низкой радиоактивационной активностью, обладающих повышенной стойкостью к импульсному радиационно-термическому воздействию