Введение
Глава 1. Литературный обзор. Анализ перспектив использования лития в качестве материала для внутрикамерных элементов токамака 15
1.1. Материаловедческая проблема внутрикамерных элементов токамаков и предполагаемые методы её решения 15
1.2. Использование жидкого лития в качестве материала, контактирующего с плазмой. Литиевые капиллярно-пористые системы (КПС) 17
1.3. Экспериментальное подтверждение целесообразности применения лиитиевых КПС в качестве материала, контактирующего с плазмой токамака 18
1.3.1. Исследования динамики эмиссии и распыления лития в условиях плазмы токамака 19
1.3.2. Исследования по удержанию дейтерия жидким литием 23
1.3.3. Исследования влияния лития на параметры плазмы 25
1.3.4. Концепция замкнутой литиевой петли в токамаке 32
1.4. Выводы по главе 1 37
Глава 2. Экспериментальные методы исследования 39
2.1. Токамак Т-11М. Описание экспериментальной установки 39
2.2. Подготовка литиевых КПС к экспериментам 42
2.3. Экспериментальные методы, используемые в экспериментах с литиевыми устройствами 42
2.4. Материалы на основе ванадия и их подготовка к экспериментам по исследованию коррозионного взаимодействия с литием и сплавом натрия с калием эвтектического состава 44
2.5. Экспериментальные методы определения коррозионной стойкости ванадиевых сплавов 46 Стр.
2.6. Выводы по главе 2 48
Глава 3. Внутрикамерные устройства токамаков на основе литиевых капиллярно-пористых систем 49
3.1. Основные требования, предъявляемые к литиевым внутрикамерным устройствам 50
3.2. Вопросы выбора материала-основы КПС 52
3.3. Тепловое состояние литиевых лимитеров. Обобщённая методика теплового расчёта литиевых лимитеров 55
3.3.1. Методика расчёта начального теплового состояния лимитера 55
3.3.2. Методика расчёта теплового состояния лимитера при его взаимодействии с плазмой 58
3.5. Кольцевой лимитер Т-11М 64
3.5.1. Тепловой расчёт кольцевого лимитера 67
3.6. Вертикальный лимитер Т-11М 74
3.6.1. Тепловой расчёт вертикального лимитера 78
3.6.1.1. Расчёт начального теплового состояния лимитера 78
3.6.1.2. Расчёт теплового состояния лимитера при его взаимодействии с плазмой 80
3.7. Продольный лимитер Т-11М 88
3.7.1. Тепловой расчёт продольного лимитера 92
3.7.1.1. Расчёт начального теплового состояния лимитера 92
3.7.1.2. Расчёт теплового состояния лимитера при его взаимодействии с плазмой 94
3.8. Оценка работоспособности лимитеров при нештатных режимах токамака 104
3.9. Технологические аспекты реализации концепции замкнутой литиевой петли на стационарных токамаках. Создание собирающей криогенной мишени 105 Стр.
3.9.1. Тепловой расчёт криомишени 108
3.10. Выводы по главе 3 110
Глава 4. Исследование литиевых капиллярно-пористых систем как материала, непосредственно контактирующего с горячей плазмой токамака 116
4.1. Исследование поведения эмиссии лития из литиевого лимитера под воздействием длительной бомбардировки дейтерием 117
4.1.1. Методика проведения эксперимента 117
4.1.2. Результаты тестовой кампании 117
4.2. Исследование захвата примесей литиевыми КПС в условиях токамака 119
4.2.1. Постановка эксперимента 119
4.2.2. Результаты химического анализа поверхности образца 121
4.3. Исследования транспортировки лития в экспериментах с кольцевым лимитером 124
4.3.1. Размещение лимитеров и методика проведения экспериментов 125
4.3.2. Определение циркуляционной части литиевого потока
4.3.3. Определение литиевого потока со стенки камеры в плазменный шнур 128
4.3.4. Определение азимутального распределения осаждённого лития на кольцевой лимитер 128
4.3.5. Основные результаты экспериментальной кампании 129
4.4. Исследование транспортировки лития в экспериментах с литиевыми вертикальным, горизонтальным и графитовым лимитерами 130
4.4.1. Размещение лимитеров, диагностических устройств в камере токамака Т-11М 131
4.4.2. Определение оптимального радиального смещения коллектора относительно эмиттера 132 Стр.
4.4.3.Эксперименты по определению радиального распределения лития в SOL при использовании вертикального литиевого лимитера
на токамаке Т-11 135
4.4.4. Эксперименты с переменным использованием горизонтального и вертикального лимитеров в роли «эмиттера» и «коллектора» 136
4.4.5. Результаты экспериментальной кампании 138
4.5. Первые эксперименты с продольным литиевым лимитером 141
4.5.1. Размещение лимитеров, диагностических устройств в камере токамака Т-11М 141
4.5.2. Эксперименты по определению радиального распределения лития в SOL при использовании продольного и вертикального литиевых лимитеров на токамаке Т-11М 141
4.5.3. Схема стационарного термоядерного реактора с использованием литиевых лимитеров 143
4.6. Эксперименты по сбору лития криогенной мишенью 145
4.6.1. Схема экспериментов 145
4.6.2. Эксперименты по определению эффективности сбора лития криогенной мишенью в зависимости от вакуумных условий 145
4.6.3. Исследование влияния температуры стенок разрядной камеры на эффективность сбора лития 149
4.6.4. Исследование влияния рабочего газа тлеющего разряда на эффективность сбора лития 150
4.6.5. Исследование влияния электрических и магнитных полей на эффективность сбора лития 152
4.6.6. Эксперименты с криогенной мишенью в режиме штатной работы токамака 153
4.6.7. Результаты экспериментальной кампании 155 Стр.
4.7. Выводы по главе 4 156
Глава 5. Исследование и внедрение новых перспективных конструкционных материалов для внутрикамерных литиевых устройств .. 157
5.1. Исследование коррозионного взаимодействия ванадия и
ванадиевых сплавов с жидким литием 157
5.1.1. Постановка эксперимента 158
5.1.2. Результаты эксперимента. 159
5.2. Исследование коррозионного взаимодействия ванадия и ванадиевого сплава V–4Ti –4Cr с эвтектическим расплавом Na-K.. 165
5.2.1. Постановка эксперимента 166
5.2.2. Результаты эксперимента 167
5.3. Исследование коррозионной стойкости сплава V–4Ti–4Cr в
конвекционном потоке эвтектического сплава Na – K 169
5.3.1. Постановка эксперимента 169
5.3.2. Результаты эксперимента 172
5.4. Выводы по главе 5 176
6. Общие выводы и результаты работы 177
Список использованной литературы 180
Приложение .
