Экспериментальное и численное исследования повреждений, вызванных сильноточным электронным пучком, конструкционных материалов, предназначенных для первой стенки мощных плазменных установок

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проведено экспериментальное исследование воздействия сильноточных электронных пучков на образцы из поликристаллического вольфрама и коррозионностойкой ферритно-мартенситной стали ЭК-181, а также численное моделирование процесса взаимодействия пучка с мишенью, в котором энергия электронного пучка поглощается в приповерхностных слоях исследуемых образцов. Эксперименты проводили на сильноточном электронном ускорителе “Кальмар” при средней энергии в импульсе E ≈ 100 ± 20 Дж (длительность импульса на полувысоте 100 нс). В ходе экспериментов образцы облучали от одного до десяти раз. При численном моделировании использовали спектры электронов, рассчитанные на основе данных (тока и напряжения в диодном зазоре), полученных в результате электротехнических измерений. Продемонстрировано отличие в характере разрушения вольфрама и стали. Показано, что вольфрам начинает растрескиваться после трех импульсов воздействия с энергией около 100 Дж, что хорошо коррелирует с испытаниями на установках других типов. На стали же незначительное растрескивание наблюдали лишь после 8–10 импульсов воздействия. На поверхности мишени из стали обнаружили многочисленные следы капель оплавления и переосаждения материала мишени. Для обоих материалов оценена удельная величина энергии, которая поглощается в области взаимодействии пучка электронов с мишенью.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Н. П. Бобырь

НИЦ “Курчатовский институт”

Email: Kazakov_ED@nrcki.ru
Россия, Москва, 123182

Е. Д. Казаков

НИЦ “Курчатовский институт”; Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН; Московский физико-технический институт (Национальный исследовательский университет)

Автор, ответственный за переписку.
Email: Kazakov_ED@nrcki.ru
Россия, Москва, 123182; Москва, 125047; Долгопрудный, 141701

М. Ю. Орлов

НИЦ “Курчатовский институт”

Email: Kazakov_ED@nrcki.ru
Россия, Москва, 123182

А. Р. Смирнова

НИЦ “Курчатовский институт”; Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН; Московский физико-технический институт (Национальный исследовательский университет)

Email: anya4113@gmail.com
Россия, Москва, 123182; Москва, 125047; Долгопрудный, 141701

А. В. Спицын

НИЦ “Курчатовский институт”

Email: Kazakov_ED@nrcki.ru
Россия, Москва, 123182

М. Г. Стрижаков

НИЦ “Курчатовский институт”

Email: Kazakov_ED@nrcki.ru
Россия, Москва, 123182

К. А. Сунчугашев

Российский университет дружбы народов

Email: Kazakov_ED@nrcki.ru
Россия, Москва, 117198

С. И. Ткаченко

НИЦ “Курчатовский институт”; Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН; Московский физико-технический институт (Национальный исследовательский университет); Объединенный институт высоких температур РАН

Email: Kazakov_ED@nrcki.ru
Россия, Москва, 123182; Москва, 125047; Долгопрудный, 141701; Москва, 125412

Список литературы

  1. Будаев В.П. // Вопросы атомной науки и техники. Сер. термоядерный синтез. 2015. Т. 38. Вып. 4. С. 5. https://www.doi.org/10.21517/0202-3822-2015-38-4-5-332
  2. Martynenko Y.V., Budaev V.P., Grashin S.A., Shestakov E.A. // Bulletin of the Lebedev Physics Institute. 2017. V. 44(6). P. 182. https://www.doi.org/10.3103/S1068335617060070
  3. Zhitlukhin A., Klimov N., Landman I., Linke J., Loarte A., Merola M., Podkovyrov V., Federici G., Bazylev B., Pestchanyi S., Safronov V., Hirai T., Maynashev V., Levashov V., Muzichenko A. // J. Nucl. Mater. 2007. V. 363–365. P. 301. https://www.doi.org/10.1016/j.jnucmat.2007.01.027
  4. Martín-Solís J.R., Loarte A., Lehnen M. // Nuclear Fusion. 2017. V. 57. № 6. P. 066025. https://www.doi.org/10.1088/1741-4326/aa6939
  5. Бобырь Н.П., Казаков Е.Д., Крутиков Д.И., Курило А.А., Орлов М.Ю., Спицын А.В., Стрижаков М.Г. // Ядерная физика и инжиниринг. 2022. Т. 13. № 2. С. 113. https://www.doi.org/10.56304/S2079562922010092
  6. Поскакалов А.Г., Климов Н.С., Гаспарян Ю.М., Огородникова О.В., Ефимов В.С. // Вопросы атомной науки и техники. Сер. термоядерный синтез. 2018. Т. 41. № 1. С. 23. https://www.doi.org/10.21517/0202-3822-2017-41-1-23-28
  7. Гаркуша И.Е., Малыхин С.В., Махлай В.А., Пугачев А.Т., Баздырева С.В., Аксенов Н.Н. // Журнал технической физики. 2014. Т. 84. № 11. С. 41.
  8. Позняк И.М., Сафронов В.М., Цыбенко В.Ю. // Вопросы атомной науки и техники. Сер. термоядерный синтез. 2016. Т. 39. № 1. С. 15. https://www.doi.org/10.21517/0202-3822-2016-1-15-21
  9. Голубева А.В., Коваленко Д.В., Лиджигоряев С.Д., Барсук В.А., Бобырь Н.П., Медников А.А., Климов Н.С., Хуанг К., Терентьев Д., Ашикава Н., Чернов В.М. // Поверхность. Рентген. синхротр. и нейтрон. исслед. 2022. № 1. С. 30. https://www.doi.org/10.31857/S102809602201006X
  10. Демидов Б.А., Мартынов А.И. // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1981. Т. 80. № 2. С. 738.
  11. Аккерман А.Ф., Бушман А.В., Демидов Б.А., Ивкин М.В., Ни А.Л., Петров В.А., Рудаков Л.И., Фортов В.Е. // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 1986. Т. 91. № 3. С. 1762.
  12. Демидов Б.А. // Физика плазмы. 2003. Т. 29. № 7. С. 670.
  13. Демидов Б.А., Ефремов В.П., Петров В.А., Мещеряков А.Н. // Поверхность. Рентген. синхротр. и нейтрон. исследования. 2009. № 9. С. 18.
  14. Садовничий Д.Н., Милехин Ю.М., Калинин Ю.Г., Казаков Е.Д., Лавров Г.С., Шереметьев К.Ю. // Физика горения и взрыва. 2022. Т. 58. № 2. С. 88. https://www.doi.org/10.15372/FGV20220210
  15. Демидов Б.А., Ивкин М.В., Петров В.А., Фанченко С.Д. // Атомная энергия. 1979. Т. 46. Вып. 2. с. 101.
  16. Милехин Ю.М., Садовничий Д.Н., Шереметьев К.Ю., Калинин Ю.Г., Казаков Е.Д., Марков М.Б. // Доклады академии наук. 2019. Т. 487. № 2. C. 159.
  17. Демидов Б.А., Казаков Е.Д., Калинин Ю.Г., Крутиков Д.И., Курило А.А., Орлов М.Ю., Стрижаков М.Г., Ткаченко С.И., Чукбар К.В., Шашков А.Ю. // Приборы и техника эксперимента. 2020. № 3. С. 90. https://www.doi.org/10.31857/S003281622003009X
  18. Бойко В.И., Валяев А.Н., Погребняк А.Д. // Успехи физических наук. 1999. Т. 169. № 11. С. 1243. https://doi.org/10.1070/PU1999v042n11ABEH000471
  19. Молодец А.М., Савиных А.С., Голышев А.А., Гаркушин Г.В., Шилов Г.В., Некрасов А.Н. // Физика металлов и металловедение. 2022. Т. 123. № 5. С. 554.
  20. Павленко А.В., Малюгина С.Н., Майорова А.С., Мокрушин С.С., Казаков Д.Н., Филатов С.Ю. Температурно-скоростные зависимости прочностных характеристик стали ЭК-181. // Труды “Забабахинских научных чтений”. 2019. С. 141.
  21. Кириллов А. К., Лаппа А. В., Пляшешников А. В., Щербакова Л. В. Программа расчета методом Монте-Карло электронно-фотонных полей в гетерогенных осесимметричных средах. 80/6 “Каскад”. Челябинск: ЧГУ, 1982.
  22. Berger M.J. Methods in Computational Physics. V. 1. New York: Academic Press, 1963. P. 135.
  23. Аккерман А.Ф., Никитушев Ю.М., Ботвин В.А. Решение методом Монте-Карло задач переноса быстрых электронов в веществе. Алма-Ата: Наука, 1972. С. 166.
  24. Пляшешников А. В., Кольчужкин А. М. // Атомная энергия. 1976. Т. 41. Вып. 6. С. 415.
  25. Григорьев И.С., Мейлихов Е.З. Физические величины. Справочник. М.: Энергоатомиздат, 1991.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Типичная временная зависимость мощности пучка электронов с энергией 120 (1); 100 (2) и 80 Дж (3), облучающего образец.

Скачать (15KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Изображения поверхности мишеней из вольфрама после 3 (а) и 10 (б) воздействий пучка электронов.

Скачать (41KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Изображения поверхности мишеней из стали после 6 (а) и 10 (б) воздействий пучка электронов.

Скачать (35KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Доля электронов Ne, энергия которых опустилась ниже порога прослеживания после взаимодействия с мишенью, и доля поглощенной мишенью энергии пучка E в зависимости от расстояния до облучаемой поверхности мишени X в образцах из стали (а) и вольфрама (б) толщиной 1 мм.

Скачать (62KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Доля электронов Ne, энергия которых опустилась ниже порога прослеживания после взаимодействия с мишенью, и доля поглощенной мишенью энергии пучка E в зависимости от расстояния до облучаемой поверхности мишени X в приповерхностном слое толщиной 100 мкм образцов из стали (а) и вольфрама (б).

Скачать (30KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024