Разработка ГДП стенда. НИР печать. Отчет о научноисследовательской работе исследование проникновения изотопов водорода через материалы тяр
 Скачать 0.77 Mb.
|
|
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МЭИ» ФГБОУ ВПО «НИУ «МЭИ» 111250, Москва, Е-250, Красноказарменная, 14, тел.:362-74-57, 362-56-26 . ОТЧЕТ О НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЕ Исследование проникновения изотопов водорода через материалы ТЯР Осенний семестр 2019/2020 учебного года Студент: Хвостов Р.П. Научный руководитель: Михайлова И.А. Научный куратор: Голубева А.В. Москва 2019 г. ОглавлениеОглавлениеОглавление 2 Список сокращений 2 ИТЭР - международный термоядерный реактор (ITER) 2 Введение 3 1. Исследования по проницаемости материалов в мире 5 5 Рис. 1. Схема GDP стенда из [1]. 5 2. Концепция разрабатываемого ГДП-стенда 11 3. Расчёт потока, проникающего через металлическую мембрану 13 4. Выводы и план дальнейших работ 19 5. Список использованной литературы 20 Список сокращенийИТЭР - международный термоядерный реактор (ITER)ТЯР – термоядерный реактор GDP – проникновение из газовой фазы (gas driven permeation) QMS – квадрупольный масс-спектрометр. ОПМ – обращённые к плазме материалы ВведениеИзменение состава и строения ядра называется ядерным превращением или ядерной реакцией. Ядерная реакция с увеличением количества нуклонов в ядре называется термоядерной реакцией или ядерным синтезом. Ядерная реакция распада тяжёлого ядра на более лёгкие фрагменты называется реакцией деления. В отличие от другого ядерного синтеза — выделения энергии в процессе распада тяжёлых ядер — в термоядерном синтезе проще обеспечить безопасность, т.к. невозможны процессы, сравнимые по опасности с неуправляемой цепной реакцией. Управляемый термоядерный синтез — источник энергии, который (пока в теории) может избавить мир от энергетической зависимости от ископаемых источников топлива. В основе процесса лежит синтез атомных ядер из более легких в более тяжелые с выделением энергии. Для слияния двух лёгких ядер в одно требуется сначала их сблизить, преодолевая кулоновское отталкивание. Это можно сделать в горячей плазме, где частицы двигаются с большими скоростями. Наиболее просто термоядерный синтез можно реализовать в смеси тяжёлых изотопов водорода, в результате чего образуется гелий и излучается нейтрон:   В реакторе ИТЭР плазма будет зажигаться внутри вакуумной камеры со стенками из аустенитной стали SS316L. Стенки камеры должны быть защищены от облучения горячей термоядерной плазмой. В реакторе ИТЭР для защиты в качестве обращённых к плазме материалов (ОПМ) используется вольфрам и бериллий. Колоссальные потоки тепла, приходящие на поверхность ОПМ должны передаваться теплоносителю. Между теплоносителем и ОПМ должен быть расположен теплоотводящий материал для быстрого съёма тепла с обращённых к плазме поверхностей. В диверторе реактора ИТЭР теплоотводящим материалом будет CuCrZr бронза, обладающая уникальными свойствами: её прочность близка к апрочности стали, а теплопроводность близка к теплопроводности меди. В реакторах будущих поколений рассматривается возможность применения жидкого лития как ОПМ, например, смачивающего вольфрамовый войлок. При работе термоядерного реактора потоки радиоактивного трития будут облучать обращённые к плазме материалы. При этом будет происходить проникновение трития через систему W/CuCrZr в теплоноситель, в реакторе ИТЭР это вода. Также тритий будет проникать из газовой фазы через систему W/CuCrZr теплоноситель, а также через стенки вакуумной камеры. Для обеспечения радиационной безопасности термоядерного реактора необходимо точно предсказывать и, насколько возможно, уменьшить потоки трития за пределы камеры по всем каналам. Для этого необходимо знать параметры переноса изотопов водорода через все материалы, используемые в камере термоядерного реактора, и их соединения. В настоящий момент широко исследована проницаемость вольфрама и аустенитной стали, которая будет использована в реакторе ИТЭР. Проницаемость отечественной CuCrZr бронзы производства Метапром разработанной для реактора ИТЭР никогда не изучалась. При соединении вольфрама с бронзой образуется протяженный переходной слой, толщиной до 4 мм, параметр транспорта водорода в котором не известны. В реакторах следующих поколений будут использованы материалы, которые в настоящий момент только разрабатываются. Таким образом имеется широкое поле для исследований переноса водорода сквозь материалы термоядерных реакторов (ТЯР). Поэтому в НИЦ «Курчатовский институт» было решено создать стенд для исследования проницаемости материалов ТЯР при взаимодействии с газообразным дейтерием. Цель данной работы выбор и обоснование схемы эксперимента и конструкции стенда для исследования проницаемости из газа (ГДП-стенд). |