Моделирование взаимодействия плазма-стенка в термоядерных установках с помощью магнетронной распылительной системы тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Серушкин Сергей Валерьевич

• Серушкин Сергей Валерьевич
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Серушкин Сергей Валерьевич

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Результаты исследований в области взаимодействия плазмы с конструктивными и диагностическими элементами термоядерных установок

1.1. Корпускулярные потоки и тепловые нагрузки на внутрикамерные элементы, характерные для номинальных рабочих режимов токамаков

1.2. Экспериментальные исследования влияния плазмы на элементы диагностических систем термоядерных установок

1.3. Исследования в области взаимодействия плазма-стенка для условий в термоядерных установках на моделирующих экспериментальных стендах

1.4. Применение магнетронных распылительных систем для

моделирования взаимодействия плазмы с элементами конструкции ТЯУ

Выводы по первой главе

Глава 2. Физико-математическое моделирование процессов в планарной цилиндрической магнетронной распылительной системе

2.1. Основные принципы работы и конструкция МРС

2.2. Физические процессы в магнетронной распылительной системе и их математическое описание

2.2.1. Физическое распыление

2.2.2. Описание движения электронов в области магнетронного разряда

2.2.3. Анализ применимости упрощенных математических моделей для описания движения заряженных частиц в магнетроне

2.3. Расчет движения заряженных частиц в магнетронном разряде

с учетом неупругих столкновений

2.4. Математическая модель взаимодействия плазмы с мишенями МРС и осаждения распыленного материала на экспериментальные подложки

2.4.1. Реализация и верификация расчетной модели

Стр.

2.4.2. Сравнение с результатами экспериментов

Выводы по второй главе

Глава 3. Исследование пространственных распределений параметров магнетронной плазмы методами оптической эмиссионной спектроскопии

3.1. Диагностический комплекс для исследования пространственных распределений параметров плазмы магнетронного разряда

3.1.1. Экспериментальный стенд

3.1.2. Оптико-механическая система для регистрации локальных эмиссионных спектров и пространственных измерений интенсивности излучения плазмы магнетронного разряда

3.1.3. Калибровка оптического тракта спектральной системы

3.1.4. Управление работой диагностического комплекса

3.2. Применение преобразования Абеля для получения радиальных распределений излучательной способности плазмы

магнетронного разряда

3.3. Столкновительно-излучательная модель аргоновой плазмы

3.3.1. Столкновительные и излучательные процессы

3.3.2. Математическое описание столкновительно-излучательной

модели

3.4. Результаты определения параметров аргоновой плазмы

магнетронного разряда

Выводы по третьей главе

Глава 4. Влияние изотопов водорода на формирование тонких пленок при распылении вольфрама в дейтериевой плазме магнетронного разряда

4.1. Эксперименты по осаждению вольфрамовых пленок на подложки с применением магнетронного разряда в среде дейтерия

4.2. Анализ содержания изотопов водорода в экспериментальных образцах с осажденным вольфрамом

Стр.

4.3. Анализ морфологии поверхности вольфрамовых пленок.Объяснение

влияния дейтерия на процессы осаждения вольфрама

Выводы по четвертой главе

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

СПИСОК ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

АЦП - аналогово-цифровой преобразователь; БУШД - блок управления шаговыми двигателями; ВАХ - вольтамперная характеристика; ВИТ - вакуумметр ионизационно-термопарный;

ИТЭР - Международный экспериментальный термоядерный реактор (ITER

International Thermonuclear Experimental Reactor);

КОП - компоненты, обращенные к плазме;

КСПУ - коаксиальный сильноточный плазменный ускоритель;

МГД - магнитная гидродинамика;

МРС - магнетронная распылительная система;

ПЗС - прибор с зарядовой связью (CCD - charge-coupled device);

ПК - персональный компьютер;

ПМИ - преобразователь манометрический ионизационный;

ПМТ - преобразователь манометрический термопарный;

РОР - резерфордовское обратное рассеяние;

РРГ - регулятор расхода газа;

САО - спектрометрия атомов отдачи;

ТМН - турбомолекулярный насос;

ТЯУ - термоядерная установка;

ЦАП - цифро-аналоговый преобразователь;

ЭВМ - электронная вычислительная машина;

ASDEX - токамак в институте физики плазмы общества Макса Планка, Гархинг, Германия (Axially Symmetric Divertor Experiment);

ELM - импульсный срыв энергии и частиц периферийного слоя плазмы (Edge Localized Mode);

FWHM - полная ширина на уровне половины высоты (full width at half maximum);

JET - Объединённый европейский токамак, Калхэмский центр термоядерной энергии, Великобритания (Joint European Torus);

PSI-1, 2 - установки для исследования взаимодействия плазмы с поверхностью

(Plasma-Surface Iteractions);

SOL - слой плазмы токамака возле сепаратрисы магнитного поля (Scrape-off-Layer);

SRIM - компьютерная программа для расчета торможения ионов в веществе (The Stopping and Range of Ions in Matter);

STEP - установка для проведения экспериментов по моделированию воздействия пристеночной плазмы токамаков на материалы конструкции в Бэйханском университете, Китай (Simulator for Tokamak Edge Plasma);

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование взаимодействия плазма-стенка в термоядерных установках с помощью магнетронной распылительной системы»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. В высокотемпературных плазменных системах, к которым относятся термоядерные установки (ТЯУ), температурные градиенты между плазмой и окружающими ее элементами конструкции существенно выше, чем для традиционных низкотемпературных плазменных устройств. В идеальном случае плазма в высокотемпературной области ТЯУ состоит из полностью ионизованных ядер и электронов, поэтому вызванное связано-связанными переходами излучение отсутствует. Однако существенную роль в энергобалансе высокотемпературной плазмы ТЯУ играет тормозное излучение электронов в кулоновском поле ионов. Попадание в плазму ТЯУ, состоящую из ионов изотопов водорода (протия, дейтерия и трития), даже малого количества тяжелых примесей вызовет существенное падение температуры из-за возрастания удельной мощности тормозного излучения, которая тем значительнее, чем выше средний заряд ядер примесей [1]. По этой причине компоненты ТЯУ, обращенные к плазме (КОП), во многих исследовательских токамаках изготавливаются из материалов, состоящих из элементов со сравнительно малым зарядом ядра 2, в первую очередь бериллия и углерода. Однако в токамаках реакторного масштаба для покрытия самого теплонапряженного элемента конструкции - дивертора, требуется использовать наиболее тугоплавкие материалы. Кроме того, углерод или токсичный бериллий в качестве материалов КОП приводят к повышенному накоплению изотопов водорода, в том числе радиоактивного трития, в элементах конструкции. По этим причинам в международном проекте ИТЭР в конструкции первой стенки и дивертора предполагается использовать вольфрам с высоким значением 2 = 74.

Для ТЯУ крайне важными являются проблемы взаимодействия плазмы с твердым телом, связанные с переносом через границу горячей плазмы энергии и массы. Первостепенными задачами для обеспечения работоспособности ТЯУ являются снижение потоков энергии на стенку и ограничение потоков частиц,

поступающих в плазму со стенки в результате эрозии последней. Одним из основных эрозионных процессов в приповерхностном слое элементов конструкции при номинальном режиме работы ТЯУ является физическое распыление поверхности.

Испытания материалов КОП непосредственно в токамаках и других ТЯУ дороги и требуют существенных затрат времени. В связи с этим актуальны исследования на достаточно простых экспериментальных стендах, моделирующих процессы взаимодействия плазмы со стенкой для требуемых условий при помощи низкотемпературных плазменных устройств. Экспериментальные установки, на которых воспроизводятся условия по распылению материалов ионами изотопов водорода и осаждению атомов, близкие к ожидаемым в реакторе ИТЭР и других токамаках, должны обеспечивать при схожих величинах давлений необходимые дозы всей совокупности частиц различного сорта для заданного диапазона энергий [2]. В данной диссертационной работе для исследований взаимодействия плазма-стенка использовалась магнетронная распылительная система (МРС). Она позволяет подвергать исследуемые образцы-мишени воздействию интенсивных потоков ионов изотопов водорода. Достоинствами применения такой моделирующей системы являются диапазоны энергий и плотностей потока ионов, схожие с энергетическими спектрами и потоками нейтралов перезарядки в условиях токамаков, возможность использования различных материалов мишеней и получения пленок из этих материалов, осажденных совместно с атомами рабочего газа на экспериментальные подложки, возможность использовать различные плазмообразующие газы, а также дешевизна эксперимента и относительная простота конструкции МРС.

Цель работы: моделирование процессов взаимодействия плазмы со стенкой применительно к элементам конструкции термоядерных установок и создание методов расчетного и экспериментального определения параметров плазмы моделирующего устройства - магнетронной распылительной системы.

В диссертации решались следующие основные задачи:

- численное моделирование динамики потоков заряженных частиц плазмы магнетронного разряда в скрещенных электрическом и магнитной полях;

- исследование и анализ параметров плазмы магнетронного разряда и потоков заряженных частиц в МРС с целью обоснования их соответствия условиям и процессам в ТЯУ;

- разработка основ метода пространственного определения параметров плазмы магнетронного разряда в инертных газах по излучательным характеристикам с применением столкновительно-излучательной модели;

- разработка физико-математической модели взаимодействия плазмы с мишенями МРС и ее апробация;

- исследование структуры осаждаемых вольфрамовых пленок и накопления изотопов водорода в вольфраме - материале пластин дивертора ИТЭР.

Методы исследований. В работе использованы теоретические и экспериментальные методы исследований. С помощью теоретических расчетных методов проведено численное моделирование динамики потоков заряженных частиц в магнетронном разряде, описаны физико-математические основы спектрального метода определения параметров магнетронной плазмы. В экспериментальной части работы проведено осаждение вольфрамовых пленок с помощью магнетронного распыления материала в среде дейтерия, моделирующее процессы соосаждения вольфрама и направленных потоков водорода на внутрикамерных элементах ТЯУ. Экспериментально определено содержание легких атомов изотопов водорода в полученных пленках.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработана физико-математическая модель магнетронного разряда для расчета движения электронов в частично замагниченной плазме в скрещенных электрическом и магнитном полях и описания динамики потоков ионов на распыляемые мишени, дополненная учетом вероятностных процессов неупругих соударений электронов с атомами плазмообразующего газа;

- разработан и применен на практике новый расчетно-экспериментальный метод пространственного определения параметров плазмы осесимметричного магнетронного разряда в инертных газах (температура и концентрация электронов), основанный на оптической эмиссионной спектроскопии излучения плазмы с учетом радиационно-столкновительной кинетики энергетических состояний атомов плазмообразующего вещества;

- получены качественные и количественные зависимости содержания изотопов водорода в осажденных вольфрамовых пленках от давления плазмообразующего газа и расстояния до поверхности осаждения;

- получило объяснение аномальное накопление изотопов водорода в вольфрамовых пористых пленках, формирование которых может происходить на затененных элементах дивертора ИТЭР. Выявлено существенное влияние быстрых отраженных ионов водорода на процессы формирования и структуру таких пленок в камере ТЯУ.

Достоверность и обоснованность научных положений определяется:

- теоретическим обоснованием используемых в диссертации математических моделей и применяемых в них уравнений;

- экспериментальной верификацией используемых расчетных моделей;

- сопоставлением полученных автором расчетно-экспериментальных данных с опубликованными в рецензируемых научных изданиях положениями и результатами исследований.

Практическая значимость результатов работы состоит в следующем:

- разработанный экспериментально-расчетный бесконтактный метод пространственного определения локальных параметров плазмы инертных газов позволяет оптимизировать работу низкотемпературных плазменных систем (МРС) для возможности моделирования процессов переизлучения и радиационного теплообмена в пристеночной плазме диверторной области токамаков при работе в режиме отрыва плазмы (детачмента);

- реализованные в работе экспериментальные подходы и расчетные модели для определения температуры электронов по излучательным

характеристикам плазмообразующего газа могут быть адаптированы для исследования свойств плазмы в различных устройствах с тороидальной конфигурацией разряда;

- разработанный диагностический комплекс для исследования пространственных распределений излучательных характеристик плазмы магнетронного разряда внедрен в образовательный процесс и используется для практической подготовки студентов в области спектральной диагностики плазмы.

Реализация результатов работы. Работа выполнялась на кафедре «Плазменные энергетические установки» МГТУ им. Н.Э. Баумана. В диссертации использованы результаты, полученные при выполнении гранта РФФИ № 18-29-21039 «Генерация и коллимация тороидальных плазменных конфигураций в магнитных полях» и госзадания Минобрнауки РФ № FSFN-2024-0022. Выполнено внедрение результатов диссертационной работы в учебный процесс кафедры. Полученные практические результаты применяются для проведения лабораторных работ в ряде образовательных дисциплин кафедры.

Положения, выносимые на защиту:

- физико-математическая модель магнетронного разряда, описывающая движение заряженных частиц в частично замагниченной плазме с учетом неупругих столкновений;

- физико-техническое обоснование спектроскопического метода на основе столкновительно-излучательной модели плазмы для измерения радиальных распределений электронной температуры и концентрации в магнетронном разряде на инертных газах;

- обоснование с помощью моделирования в МРС возможного механизма накопления изотопов водорода в пленках на внутрикамерных элементах ТЯУ в процессе соосаждения вольфрама и направленных потоков водорода.

Личный вклад автора. Представленные результаты диссертационной работы получены лично автором или при его равноправном участии:

- разработаны математическая модель движения заряженных частиц в плазме магнетронного разряда в скрещенных электрическом и магнитном полях, расчетно-экспериментальный метод определения электронной температуры и концентрации плазмы осесимметричного магнетронного разряда по эмиссионным спектрам с применением столкновительно-излучательной модели;

- принято участие в разработке, сборке и подготовке к эксплуатации элементов и систем автоматизированного спектрометрического комплекса для исследования пространственных распределений излучательных характеристик плазмы магнетронного разряда;

- получены результаты пространственного определения параметров плазмы магнетронного разряда в среде аргона, включая регистрацию эмиссионных спектров, их обработку и расчетный анализ по разработанному методу;

- проведены эксперименты по напылению вольфрамовых пленок в среде дейтерия;

- проведены экспериментальные измерения количественного содержания атомов изотопов водорода в полученных образцах вольфрамовых пленок методами резерфордовского обратного рассеяния и спектрометрии атомов отдачи, а также обработка и анализ полученных данных по накоплению дейтерия в пленках.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы представлялись на следующих конференциях:

1. ХХХХ11 Тулиновская конференция по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами (Москва, 2012).

2. Взаимодействие изотопов водорода с конструкционными материалами (ШКМ'14). V международная конференция им. А.А. Курдюмова (Саров, 2014).

3. XVIII Всероссийская конференция «Диагностика высокотемпературной плазмы» (ДВП-2019) (Москва, 2019).

4. Всероссийская (с международным участием) конференция «Физика низкотемпературной плазмы» (ФНТП-2020) (Казань, 2020).

5. 15-я международная конференция «Gas Discharge Plasmas and Their Applications» (GDP-2021) (Екатеринбург, 2021).

6. 8-й международный конгресс «International Congress on Energy Fluxes and Radiation Effects» (EFRE 2022) (Томск, 2022).

7. XIII конференция «Современные средства диагностики плазмы и их применение» (Москва, 2022).

Публикации. По тематике диссертации опубликовано 14 печатных работ, из них 6 статей в рецензируемых изданиях, входящих в перечень ВАК РФ, в том числе 5 - в изданиях из списков SCOPUS и Web of Science (общий объем опубликованных работ - 3,4 п.л./1,1 п.л.), 8 тезисов докладов на конференциях, получено одно свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем работы 155 страниц, 143 страницы основного текста, 70 рисунков и 6 таблиц. Список литературы состоит из 109 источников информации, приведенных на 11 страницах. Информация о внедрении результатов работы в учебный процесс размещена в Приложении на 1 странице.

Глава 1. Результаты исследований в области взаимодействия плазмы с конструктивными и диагностическими элементами термоядерных установок

1.1. Корпускулярные потоки и тепловые нагрузки на внутрикамерные элементы, характерные для номинальных рабочих режимов токамаков

Для ТЯУ крайне важными являются проблемы взаимодействия плазмы с твердым телом [1, 2, 3], связанные с переносом через границу горячей плазмы энергии и массы: термоизоляция плазмы, имеющая целью существенное снижение потоков энергии на стенку, и резкое ограничение потоков частиц, поступающих в плазму со стенки в результате эрозии последней. Для удаления примесей предназначен дивертор [4, 5].

В диверторной конфигурации область удержания плазмы, представляющая собой систему замкнутых магнитных поверхностей, отделена от области разомкнутых магнитных поверхностей, пересекающих диверторные пластины. Разделение этих областей происходит по сепаратрисе - магнитной поверхности, проходящей через точку, в которой полоидальная компонента магнитного поля обращается в ноль (Х-точка) [6]. Корпускулярные и тепловые потоки устремляются вдоль силовых линий разомкнутых поверхностей к дивертору. Это происходит в узком слое, называемом Scrape-off-Layer (SOL) [7, 8, 9, 10, 11] и схематично изображенном на Рис. 1.1, так как коэффициенты продольного переноса частиц и тепла намного больше, чем поперечного в радиальном направлении. Таким образом, вся мощность, пересекающая сепаратрису, попадает в узкую область на пластинах дивертора [12], и такая конфигурация препятствует проникновению продуктов эрозии обращенных к плазме элементов первой стенки в основной объем плазмы.

Рис. 1.1. Схема полоидальных магнитных поверхностей токамака в диверторной конфигурации [13]

Компоненты токамака, обращенные к плазме (КОП), подвержены различным видам воздействия, которые были проанализированы в ряде работ, посвященных проблеме выбора материалов для элементов систем реактора [14, 15]. Основные параметры, определяющие процессы взаимодействия плазмы с КОП, - энергия, поток и состав распыляющих материалы КОП ионов и быстрых атомов, плотность теплового потока на стенку, состояние и температура

последней. При этом на характер процессов существенное влияние оказывают свойства конструкционного материала (состав, плотность, структура, степень чистоты обработки поверхности и др.), из которого изготовлены эти элементы [2].

Одним из основных процессов массопереноса в приповерхностном слое элементов конструкции при номинальном режиме работы реактора является физическое распыление материала КОП. Оно имеет место при бомбардировке поверхностей практически любых материалов атомами (молекулами), ускоренными до энергий выше пороговых, зависящих от соотношения масс частиц, участвующих во взаимодействии, и поверхностной энергии связи атомов бомбардируемого материала.

Из-за сильного тороидального магнитного поля подвижность ионов по направлению к первой стенке токамаков снижена. Кроме того, пристеночная плазма характерна высоким содержанием нейтрального водорода. По этим причинам основную массу частиц, поступающих на первую стенку и способных приводить к физическому распылению её материала, составляют нейтралы перезарядки с широким энергетическим спектром. В работе [16] приведены расчетные и экспериментально зарегистрированные энергетические спектры нейтральных атомов водорода и дейтерия, приходящих на первую стенку токамака ASDEX Upgrade. Анализ этих спектральных распределений показывает, что основная доля частиц в них приходится на энергии не выше 200 эВ (Рис. 1.2).

200 400 600 800 1000 Energy (eV)

Рис. 1.2. Экспериментальные энергетические спектры нейтралов перезарядки, приходящих на первую стенку токамака ASDEX Upgrade, зарегистрированные в разрядах с дейтерием при различных концентрациях плазмы в области сепаратрисы [16]

Корпускулярные и тепловые потоки на элементы дивертора на несколько порядков выше аналогичных величин для первой стенки. Ситуация усугубляется тем, что практически весь поток заряженных частиц, движущихся вдоль сепаратрисы, попадает на очень узкую зону диверторных пластин. Характерная ширина этой зоны X может быть оценена эмпирически по скейлингу, предложенному в работе [17], и для ряда действующих и строящихся токамаков составляет величину в несколько миллиметров (Рис. 1.3) [12]. Таким образом локальные тепловые нагрузки на дивертор в стационарном режиме могут достигать существенной величины в 10 МВт/м2 [12].

Рис. 1.3. Зависимость характерной ширины зоны поступления тепловой нагрузки от потока частиц вдоль сепаратрисы на диверторные пластины от величины индукции полоидального магнитного поля для различных токамаков [12]

Для режима работы токамака с высоким временем удержания энергии в плазме (Н-моде) [18, 19, 20] характерна цикличная тепловая нагрузка, обусловленная импульсными срывами энергии и частиц периферийного слоя плазмы (ELM - Edge Localized Mode) [21, 22, 23]. При этом экстремальные импульсные тепловые потоки на диверторные пластины могут достигать значений 0,6 ГВт/м2 [24]. Такие мощные импульсные тепловые потоки могут приводить к существенному изменению поверхностных свойств материала пластин дивертора, его плавлению (в том числе при использовании вольфрама) и эрозии с последующим попаданием в виде примесей в плазму.

Поступающие в плазму примеси вызывают не только изменение состава и излучательной способности самой плазмы, но и существенно влияют на работоспособность других составляющих реактора. Попадая в плазму, эти частицы ионизуются и могут переноситься магнитным полем по всему объёму

вакуумной камеры, что приводит к осаждению этих частиц на поверхностях различных элементов реактора даже в удаленных от плазмы местах и изменению свойств этих элементов [25, 26].

Наблюдение за этими негативными процессами является важной задачей, которая требует разработки и применения специальных диагностических методов. В работе [27] для контроля за эрозией и напылением пленок на КОП в области дивертора токамака ИТЭР предлагается монитор эрозии, основанный на методе спекл-интерферометрии с импульсным лазером. Эта система диагностики позволяет следить за рельефом поверхности наиболее теплонагруженных внутрикамерных элементов, контролируя перенос и накопление загрязнений, в том числе с радиоактивным тритием, внутри вакуумной камеры.

1.2. Экспериментальные исследования влияния плазмы на элементы диагностических систем термоядерных установок

Среди обращенных к плазме компонентов ТЯУ необходимо особо выделить диагностические системы. Одним из их элементов, подверженных воздействию целого комплекса факторов со стороны плазмы, является первое зеркало, которое собирает излучение из плазмы. В процессе длительной работы установки для некоторых диагностических систем оно является критическим элементом [28, 29]. Требование минимального изменения оптических характеристик зеркал в течение всего срока их эксплуатации является обязательным. Для диагностик, расположенных в диверторной области, эти сроки могут быть снижены из-за возможности замены диагностических элементов вместе со штатной сменой диверторных кассет, которую в ИТЭР планируется проводить каждые два года. Для остальных диагностических систем требование работоспособности оптических элементов сохраняется в течение всего срока эксплуатации установки. В связи с этим экспериментальное исследование поведения зеркала и изменения его спектральных отражающих

свойств в условиях, близких к ожидаемым в реакторе ИТЭР, является одной из важных практических задач.

Такие исследования были проведены в 2002 г. в токамаке Т-10, расположенном в НИЦ «Курчатовский институт» [30]. Зеркала (три механически полированных образца нержавеющей стали SS316, 10*10*4 мм) были закреплены внутри специального металлического цилиндра с крышкой, которая открывалась во время рабочих импульсов и закрывалась на период кондиционирования вакуумной камеры. Цилиндр с образцами был установлен в верхнем патрубке лимитерной секции токамака. Зеркала располагались в области интенсивного осаждения углеводородных частиц на расстоянии 22 см от плазмы, в прямой видимости как плазмы, так и лимитера, расположенного в нижнем патрубке этой секции. Общее время экспозиции в разрядах токамака составляло примерно 27 мин (более 1500 импульсов длительностью 1 с). По оценкам, температура образцов во время рабочих импульсов не превышала 350 К. В результате на образцах зеркал образовались достаточно твердые пленки, существенно снизившие коэффициент зеркального отражения в широком спектральном диапазоне. На поверхности сформировавшихся пленок было обнаружено довольно большое количество пыли, которая согласно работе [31] образуется в пристеночной плазме токамаков в результате эрозии поверхности при выделении большой мощности при БЬЫ-ах и срывах.

Кроме нейтралов перезарядки, участие в образовании углеводородных плёнок в верхнем патрубке токамака могли принимать ионы, чему способствовало наличие в этом месте «ямы» тороидального магнитного поля. Во время рабочих импульсов при воздействии высокотемпературной дейтериевой плазмы происходила интенсивная эрозия графитового лимитера. Образовавшиеся углеродные частицы попадали в плазму, ионизировались и могли дрейфовать в градиенте тороидального магнитного поля в вертикальном направлении. Преодолев границу плотной плазмы и двигаясь вдоль линий магнитного поля, такие ионы с энергией в диапазоне 10 - 100 эВ могли достичь поверхности зеркал и участвовать в формировании плёнок.

Подверженные загрязнениям продуктами эрозии первые зеркала диагностических систем термоядерных установок требуют регулярной очистки для восстановления их отражательных свойств. Для очистки в ряде работ предлагается применять физическое распыление загрязнений с отражающей поверхности в газовых разрядах диодных систем, где одним из электродов является очищаемое зеркало [32, 33, 34]. В работе [33] описан метод плазменной очистки на основе разряда с осциллирующими электронами на постоянном или среднечастотном однополярном импульсном токе с сеточным полым катодом. В такой системе очищаемое зеркало является частью полого катода, другие его элементы представляют из себя сеточные электроды, что обеспечивает выход распыленных продуктов загрязнений из зоны очистки и их осаждение на стенках порта диагностической системы.

Эксперименты для изучения различных режимов работы системы очистки, отличающихся различными вариантами заземления электродов разрядной ячейки, были проведены на полноразмерном функциональном макете узла входного зеркала активной спектроскопической диагностики токамака ИТЭР. Авторами установлено, что наилучшим с точки зрения скорости распыления загрязнений с поверхности зеркала, равномерности очистки и снижения скорости распыления стенок диагностического порта является режим с заземленным анодом. Изолированная разрядная ячейка дает близкие результаты по скоростям удаления загрязнений при более низкой однородности и потенциально может быть использована без отключения тороидального магнитного поля токамака. В таком режиме работы скорость распыления зеркала линейно возрастает с увеличением мощности разряда. Скорость распыления стенок порта при этом остается очень малой, поскольку при увеличении мощности плавающий потенциал приближается к разрядному напряжению, что способствует торможению ионов при их движении к стенке. Режим с заземленным катодом, частью которого является очищаемое зеркало, работоспособен при пониженных рабочих давлениях и характеризуется

уменьшением скорости очистки, однако может быть использован при разрушении или сильном загрязнении изоляторов разрядной ячейки.

1.3. Исследования в области взаимодействия плазма-стенка для условий в термоядерных установках на моделирующих экспериментальных стендах

Испытания элементов диагностических систем и других КОП непосредственно в токамаках дороги и требуют существенных затрат времени. В связи с этим большое значение приобретают исследования на достаточно простых стендах, моделирующих процессы взаимодействия плазмы со стенкой для требуемых условий при помощи низкотемпературных плазменных устройств. Испытания КОП в лабораторных условиях позволяют, в частности, оценивать времена жизни различных элементов оптических систем диагностического комплекса ТЯУ и определять влияние плазмы на их оптические характеристики.

Экспериментальное моделирование взаимодействия плазмы с элементами конструкции ТЯУ осложняется тем, что даже на номинальных режимах работы установок энергетический спектр, состав потока атомов перезарядки и газовые условия (давление и компонентный состав), от которых зависят скорости эрозии стенок КОП и роста пленок распыленного и переосаждённого материала, будут различаться в разных местах камеры [35].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Серушкин Сергей Валерьевич, 2025 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Мартыненко Ю.В. Взаимодействие плазмы с поверхностями // Физика плазмы (Итоги науки и техники). 1982. Т. 3. С. 119-175.

2. Зимин А.М. Разработка методов исследования теплофизики взаимодействия плазмы с твердым телом в термоэмиссионных дуговых и термоядерных системах: Дис. ... докт. техн. наук. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2003. 411 с.

3. Гусева М.И., Мартыненко Ю.В. Взаимодействие частиц плазмы с поверхностью // Физика плазмы (Итоги науки и техники). 1990. Т. 11. С. 150-190.

4. Janeschitz G., Borrass K., Federici G. et al. The ITER divertor concept // J. Nucl. Mater. 1995. Vol. 220-222. P. 73-88.

5. Pitts R.A., Bonnin X., Escourbiac F. et al. Physics basis for the first ITER tungsten divertor // Nuclear Materials and Energy. 2019. Vol. 20. Art. № 100696. P. 125.

6. Пшенов А.А. Механизмы, асимметрия и устойчивость перехода диверторной плазмы токамака в режим детачмента: Дис. ... канд. физ.-мат. наук. Москва, федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт». 2018. 132 с.

7. Lipschultz B., Bonnin X., Counsell G. et al. Plasma-surface interaction, scrape-off layer and divertor physics: implications for ITER // Nucl. Fusion. 2007. Vol. 47, № 9. P. 1189-1205.

8. McLean A.G., Leonard A.W., Makowski M.A. et. al. Electron pressure balance in the SOL through the transition to detachment // J. Nucl. Mater. 2015. Vol. 463. P. 533-536.

9. Krasheninnikov S.I., Kukushkin A.S., Wonjae Lee et al. Edge and divertor plasma: detachment, stability, and plasma-wall interactions // Nucl. Fusion. 2017. Vol. 57, № 10. Art. № 102010. P. 1-9.

10. Sun H.J., Wolfrum E., Eich T. et al. Study of near scrape-off layer (SOL) temperature and density gradient lengths with Thomson scattering // Plasma Phys. Control. Fusion. 2015. Vol. 57, № 12. Art № 125011. P. 1-20.

11. Zhang X., Poli F.M., Emdee E.D. et al. Reduced physics model of the tokamak Scrape-Off-Layer for pulse design // Nuclear Materials and Energy. 2023. Vol 34. Art. № 101354. P. 1-7.

12. Будаев В.П. Плазменно-тепловая нагрузка в диверторе термоядерного реактора-токамака // Вестник МЭИ. 2019. №4. С. 22-33.

13. Kikuchi M., Fasoli A., Takizuka T. et al. Negative Triangularity Tokamak as Fusion Energy System // Conference Proceedings Paper - Energies "Whither Energy Conversion Present Trends, Current Problems and Realistic Future Solutions". 2014. P. 1-19.

14. Barabash V., Federici G., Matera R., Raffray A.R. Armour Materials for the ITER Plasma Facing Components // Physica Scripta. 1999. Vol. 81. P. 74-83.

15. Ван Оост Г., Дедов А.В., Будаев В.П. Материалы обращенных к плазме компонентов термоядерных реакторов-токамаков: требования, термостабилизация, испытания (обзор) // Теплоэнергетика. 2021, №3. С. 18-35.

16. Verbeek H., Stober J., Coster D.P. et al. Interaction of charge exchange neutrals with the main chamber walls of plasma machines // Nuclear Fusion. 1998. Vol. 38, № 12. P. 1789-1803.

17. Goldston R.J. Heuristic Drift-based Model of the Power Scrape-off Width in Low-gas-puff H-mode Tokamaks // Nuclear Fusion. 2012. Vol. 52, № 1. Art. № 013009. P. 1-7.

18. Устойчивость плазмы токамака с реакторными технологиями с учетом пьедестала давления / Медведев С.Ю., Мартынов А.А., Коновалов С.В. и др. // Физика плазмы. 2021. Т. 47, № 11, С. 998-1006.

19. Hou J., Yan N., Yang Q. et. al. First results of high density H-mode operation in metal-wall EAST tokamak // Results in Physics. 2024. Vol. 56. Art. № 107260. P. 1-8.

20. Leonard A.W. Edge-localized-modes in tokamaks. Phys. Plasmas. 2014. Vol. 21. Art. № 090501. P. 1-9.

21. Garcia J., De La Luna E., Sertoli M. et. al. New H-mode regimes with small ELMs and high thermal confinement in the Joint European Torus // Phys. Plasmas. 2022. Vol. 29. Art. № 032505. P. 1-10.

22. Lang P.T., Loarte A., Saibene G. et al. ELM control strategies and tools: status and potential for ITER // Nucl. Fusion. 2013. Vol. 53. Art. № 043004. P. 1-24.

23. Laggner F.M., Diallo A., Cavedon M., Kolemen E. Inter-ELM pedestal localized fluctuations in tokamaks: Summary of multimachine observations // Nuclear Materials and Energy. 2019. Vol. 19. P. 479-486.

24. Loarte A., Huijsmans G., Futatani S. et al. Progress on the Application of Elm Control Schemes to ITER Scenarios from the Non-active Phase to DT Operation // Nucl. Fusion. 2014. Vol. 54. № 3. Art. № 033007. P. 1-18.

25. Tsitrone E. Key Plasma Wall Interaction Issues towards Steady State Operation // J. Nucl. Mater. 2007. Vol. 363-365. P. 12-23.

26. Jacob W. Redeposition of Hydrocarbon Layers in Fusion Devices // J. Nucl. Mater. 2005. Vol. 337-339. P. 839-846.

27. Бондаренко А.В., Высоцкий Д.В., Тугаринов С.Н. Концепция монитора эрозии внутрикамерных элементов ИТЭР с использованием импульсного лазера // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2018. Т. 41, вып. 1. С. 18-22.

28. Voitsenya V.S., Bardamid A.F., Donné A.J.H. Experimental Simulation of the Behaviour of Diagnostic First Mirrors Fabricated of Different Metals for ITER Conditions // Open Physics Journal. 2016. Vol. 3. P. 23-54.

29. Temmerman G.D., Pitts R.A., Voitsenya V.S. et al. First mirror tests for ITER: Influence of material choice on the erosion/deposition mechanisms affecting optical reflectivity // J. Nucl. Mater. 2007. Vol. 363-365. P. 259 - 263.

30. Вуколов К.Ю., Мухаммедзянов Т.Р., Звонков С.Н. и др. Экспериментальное исследование осаждения углеводородных плёнок на металлические зеркала // ВАНТ, Сер. Термоядерный синтез, 2010. № 4. С. 13-19.

31. Мартыненко Ю.В., Нагель М.Ю. Образование пыли в токамаке // BAНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2009. № 3. С. 43-48.

32. Рогов A^., Капустин Ю.В., Горбунов A^. Контроль процесса плазменной очистки входных зеркал оптических диагностик ИТЭР в тлеющем разряде на постоянном и среднечастотном импульсном токе // Физика плазмы. 2023. Т. 49. № 7. С. 703-711.

33. Рогов A^., Капустин Ю.В. Разработка системы плазменной очистки входного зеркала оптической диагностики ИТЭР «^стивная спектроскопия» на основе разряда с сеточным полым катодом // Приборы и техника эксперимента. 2021. № 3. С. 60-67.

34. Капустин Ю.В. Разработка системы очистки первого зеркала в оптических диагностиках ИТЭР на основе разряда в полом катоде: Дис. ... канд. физ.-мат. Наук. Москва, федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт». 2017. 140 с.

35. Вуколов К.Ю., Данелян Л.С., Звонков С.Н. и др. Влияние нагрева на скорость роста а-С:Н-пленок и характеристики металлических зеркал в условиях, подобных ИТЭР // BAНТ, Сер. Термоядерный синтез. 2006. № 4. С. 21-33.

36. Litnovsky A., Wienhold P., Philipps V. et al. Diagnostic mirrors for ITER: A material choice and the impact of erosion and deposition on their performance // J. Nucl. Mater. 2007. Vol. 363-365. P. 1395-1402.

37. Kreter A., Brandt C., Huber A. et al. Linear plasma device PSI-2 for plasma material interaction studies // Fusion Sci. Technol. 2015. Vol. 68 (1). P. 8-14.

38. Guang-Hong Lu, Long Cheng, Kameel Arshad et al. Development and Optimization of STEP - A Linear Plasma Device for Plasma-Material Interaction Studies // Fusion Sci. Technol. 2017. Vol. 71. P. 177-186.

39. Климов Н.С., Подковыров В.Л., Житлухин AM. и др. Воздействие интенсивных импульсных потоков плазмы на защитные материалы

внутрикамерных компонентов термоядерного реактора // Ядерная физика и инжиниринг. 2010. Т. 1, № 3, С. 210-219.

40. Рогов А.В., Вуколов К.Ю. Моделирование условий распыления в ИТЭР с использованием магнетронной установки. Методика и режимы распыления // ВАНТ, Сер. Термоядерный синтез, 2005. № 1. С. 9-25.

41. Кривицкий С.Е., Тройнов В.И., Серушкин С.В. Экспериментальное моделирование взаимодействия дейтериевой плазмы с твердым телом для условий термоядерного реактора ИТЭР // Вестник Московского государственного технического университета им. Н.Э. Баумана. Серия Машиностроение. 2011. № S3. С. 155-160.

42. Елистратов Н.Г. Экспериментальное моделирование взаимодействия плазмы изотопов водорода с материалами стенки термоядерного реактора: Дис. ... канд. техн. наук. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2004. 196 с.

43. Huber A., Brezinsek S., Huber V. et al. Erosion and screening of tungsten during inter/intra-ELM periods in the JET-ILW divertor // Nuclear Materials and Energy. 2020. Vol. 25. Art № 100859. P. 1-8.

44. Зимин А.М., Гусева М.И., Елистратов Н.Г. Моделирование взаимодействия ионов изотопов водорода с бериллиевыми элементами конструкции // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Машиностроение. 2003. № 1. С. 3-21.

45. Зимин А.М., Елистратов Н.Г., Васильев Н.Н. и др. Моделирование распыления и переосаждения бериллия в условиях, ожидаемых в реакторе ИТЭР // ВАНТ, Сер. Термоядерный синтез, 2005. № 1. С. 34-41.

46. Рогов А.В., Вуколов К.Ю., Горшков А.В., Гуреев В.М. Исследования методом магнетронного распыления деградации монокристаллических и напыленных молибденовых зеркал в условиях, подобных ИТЭР // ВАНТ, Сер. Термоядерный синтез, 2005. № 2. С. 39-54.

47. Вуколов К.Ю., Данелян Л.С., Затекин В.В. и др. Изучение влияния нагрева на образование углеводородных пленок на диагностических зеркалах //

Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования, 2008. № 4. С. 5-10.

48. Widdowson A., Coad J.P., Alves E. et al. Overview of fuel inventory in JET with the ITER-like wall // Nucl. Fusion. 2017. Vol. 57. Art. № 086045. P. 1-9.

49. Widdowson A., Coad J.P., Alves E. et al. Deposition of impurity metals during campaigns with the JET ITER-like Wall // Nuclear Materials and Energy. 2019. Vol. 19. P. 218-224.

50. Krat S.A, Gasparyan Yu.M, Popkov A.S., Pisarev A.A. Deuterium release from lithium-deuterium films, deposited in the magnetron discharge // Vacuum. 2014. Vol. 105. P. 111-114.

51. Krat S., Gasparyan Yu., Vasina Ya., et al. Tungsten-deuterium codeposition: experiment and analytical description // Vacuum. 2018. Vol. 149. P. 23-28.

52. Крат С.А., Фефелова Е.А., Пришвицын А.С. Накопление дейтерия и гелия в соосажденных вольфрамовых слоях, образующихся в дейтериевой плазме с примесью гелия // Известия РАН. Серия физическая. 2022. Т. 86, № 5. С. 627-632.

53. Райзер Ю.П. Физика газового разряда: учебное пособие. М.: Наука, 1992. 536 с.

54. Распыление твердых тел ионной бомбардировкой. Физическое распыление одноэлементных твердых тел / Под ред. Р. Бериша. М.: Мир, 1984. 336 с.

55. Киттель Ч. Введение в физику твердого тела / Пер. с англ. А.А. Гусева. М.: Наука, 1978. 788 с.

56. Духопельников Д. В. Магнетронные распылительные системы: учеб. пособие: в 2 ч. - Ч. 1: Устройство, принципы работы, применение. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2014. 53 с.

57. Мирдель Г. Электрофизика / Пер. с немецкого В.И. Раховского. М.: Мир, 1972. 608 с.

58. Митюрева А.А., Смирнов В.В. Электронное возбуждение атомов аргона в метастабильные состояния и из метастабильных в вышележащие // Оптика и спектроскопия. 2004. Т. 97. № 4. С. 544-558.

59. Данилин Б.С., Сырчин В.К. Магнетронные распылительные системы. М.: Радио и связь, 1982. 72 с.

60. Курнаев В.А., Протасов Ю.С., Цветков И.В. Введение в пучковую электронику: Учебное пособие / Под ред. В.А. Курнаева. М.: МИФИ, 2008. 452 с.

61. Ziegler J.F., Ziegler M.D., Biersack J.P. SRIM - The stopping and range of ions in matter (2010) // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research B. 2010. Vol. 268. P. 1818-1823.

62. Sputtering Data / W. Eckstein et al. Max-Planck-Institut fur Plasmaphysik, Report IPP 9/82. 1993. 352 p.

63. Рогов А.В., Капустин Ю.В. Угловые распределения при магнетронном распылении поликристаллических мишеней из Mg, Al, Si, Ti, Cr, Cu, Zn, Ge, Zr, Nb, Mo, Ag, In, Sn, W, Pt, Au и Bi // Приборы и техника эксперимента. 2020. № 5. С. 137-142.

64. Kukushkin A.S., Pitts R.A., Pacher H.D. Characteristics of divertor detachment for ITER conditions // J. Nucl. Mater. 2015. Vol. 463. P. 586-590.

65. Krasheninnikov S.I., Kukushkin A.S. Pshenov A.A. Divertor plasma detachment // Phys. Plasmas. 2016. Vol. 23, №5. Art. № 055602. P. 1-16.

66. Пшенов А.А., Кукушкин А.С., Крашенинников С.И. Влияние поперечного переноса в диверторной области на излучение инжектируемой примеси и переход в режим детачмента // Физика плазмы. 2020. Т. 46, № 6. С. 483-494.

67. Boedo J, McLean A.G., Rudakov D.L., Watkins J.G. A review of direct experimental measurements of detachment // Plasma Phys. Control. Fusion. 2018. Vol. 60. Art. № 044008. P. 1-34.

68. Мухин Е.Е., Толстяков С.Ю., Курскиев Г.С. и др. Объединенная диагностика томсоновского рассеяния и лазерно-индуцированой флуоресценции

для исследования плазмы дивертора и X-точки в токамаке с реакторными технологиями // Физика плазмы. 2022. Т. 48, № 8. С. 722-730.

69. Evdokimov K.E., Konischev M.E., Pichugin V.F., Sun Z. Study of argon ions density and electron temperature and density in magnetron plasma by optical emission spectroscopy and collisional-radiative model // Resource-Efficient Technologies. 2017. Vol. 3, № 2. P. 187-193.

70. Gradov V.M., Zimin A.M., Serushkin S.V., Zemtsov I.A. Determination of spatial distributions of plasma parameters of a compact magnetron discharge // Physics of Atomic Nuclei. 2019. Vol. 82, № 10. P. 1376-1381.

71. Gradov V.M., Zimin A.M., Krivitskiy S.E. et al. Automated diagnostics of a magnetron discharge plasma based on atomic molecular emission spectra // Plasma Physics Reports. 2012. Vol. 38, № 13. P. 1099-1104.

72. Градов В.М., Зимин А.М., Кривицкий С.Е., Шумов А.В. Автоматизированный спектрометрический комплекс для диагностики плазмы магнетронного разряда // ВАНТ, Сер. Термоядерный синтез. 2009. № 1. С. 64-71.

73. В.И. Наливайко, П.А. Чубаков, А.Н. Покровский и др. Малогабаритный спектрометр для эмиссионного анализа потоков низкотемпературной плазмы // Теплофизика и аэромеханика. 2007. Т. 14, № 2. С. 257-267.

74. Методы исследования плазмы: спектроскопия, лазеры, зонды / Ю. Рихтер [и др.]. Под ред. В. Лохте-Хольтгревена. М.: Мир, 1971. 552 с.

75. Грим Г. Спектроскопия плазмы. М.: Атомиздат, 1969. 451 с.

76. Очкин В.Н. Спектроскопия низкотемпературной плазмы: учебное пособие. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. 592 с.

77. Сизиков В.С. Обратные прикладные задачи и MatLab: Учеб. пособие для вузов. СПб.: Лань, 2011. 249 с.

78. Вичев И.Ю. Столкновительно-излучательная модель неравновесной плазмы с произвольным полем излучения. Москва. 2022. 31 с. (Препринт ИПМ им. М.В. Келдыша).

79. Oxenius J. Kinetic theory of particles and photons: theoretical foundations of non-LTE plasma spectroscopy. Springer-Verlag, 1986. 353 p.

80. Faussurier G., Blancard C. Degeneracy and relativistic microreversibility relations for collisional-radiative equilibrium models // Phys. Rev. E. 2017. Vol. 95, Art. № 063201. P. 1-7.

81. Tallents G.J. An Introduction to the Atomic and Radiation Physics of Plasmas. Cambridge: Cambridge University Press, 2018. 312 p.

82. Donnelly V.M. Plasma electron temperatures and electron energy distributions measured by trace rare gases optical emission spectroscopy // Journal of Physics D: Applied Physics. 2004. Vol. 37, №19. P. 217-236.

83. Plasma Data Exchange Project. URL: http ://www.lxcat. net (дата обращения 12.02.2023).

84. Gangwar R.K., Sharma L., Srivastava R., Stauffer A.D. Argon plasma modeling with detailed fine-structure cross sections // J. Appl. Phys. 2012. Vol. 111. Art №. 053307. P. 1-9.

85. Deutsch H., Becker K., Grum-Grzhimailo A.N. et al. Calculated cross sections for the electron-impact ionization of excited argon atoms using the DM formalism // Int. J. of Mass Spectr. 2004. Vol. 233. P. 39-43.

86. Серушкин С.В. Спектрометрия плазмы осесимметричного магнетронного разряда в аргоне с применением столкновительно-излучательной модели // Современные средства диагностики плазмы и их применение: Тез. докл. XIII конференции. Москва. 2022. С. 109-112.

87. Loarer T., Brosset C., Bucalossi J. et al. Gas balance and fuel retention in fusion devices // Nucl. Fusion. 2007. Vol. 47, № 9. P. 1112-1120.

88. Tanabe T. Tritium handling issues in fusion reactor materials // J. Nucl. Mater. 2011. Vol. 417. P. 545-550.

89. Будаев В.П. Результаты испытаний вольфрамовых мишеней дивертора при мощных плазменно-тепловых нагрузках, ожидаемых в ИТЭР и токамаках реакторного масштаба (обзор) // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2015. Т. 38, №. 4. С. 5-33.

90. Tsitrone E., Pegourie B., Marandet Y. et al. Multi machine scaling of fuel retention in 4 carbon dominated tokamaks // J. Nucl. Mater. 2011. Vol. 415. P. 735-739.

91. Brezinsek S., Loarer T., Philipps V. et al. Fuel retention studies with the ITER-like Wall in JET. Nucl. Fusion. 2013. Vol. 53, № 8. Art. № 083023. P. 1-10.

92. Голубева А.В., Черкез Д.И. Накопление водорода в разработанных для термоядерных установок сплавах вольфрама (обзор) // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2018. Т. 41, № 4, С. 26-37.

93. Alimov V.Kh., Roth J., Shu W.M. et al. Deuterium trapping in tungsten deposition layers formed by deuterium plasma sputtering // J. Nucl. Mater. 2010. Vol. 399. P. 225-230.

94. Kawasaki T., Manabe Y., Katayama K. et al. Hydrogen Retention in a Tungsten Re-Deposition Layer Formed by Hydrogen RF Plasma // Fusion Sci. Technol. 2005. Vol. 48. P. 581-584.

95. De Temmerman G., Doerner R.P. Deuterium retention and release in tungsten co-deposited layers // J. Nucl. Mater. 2009. Vol. 389. P. 479-483.

96. Григорьев П.Ю., Дубинко В.И., Терентьев Д.А. и др. Накопление дейтерия в вольфраме при воздействии интенсивных потоков низкоэнергетической плазмы // Поверхность. Рентген., синхротр. и нейтрон. исслед. 2014. № 3. С. 39-43.

97. Frauenfelder R. Solution and Diffusion of Hydrogen in Tungsten // J. Vac. Sci. Technol. 1969. Vol. 6. P. 388-397.

98. Didyk A.Y., Haewska E., Hofman A. et al. Deuterium and hydrogen distribution in a stack of Ta|(CD2)n|Ta foils under the action of high-temperature pulsed nitrogen plasma // Journal of Surface Investigation: X-Ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2014. Vol. 8, № 4. P. 814-820.

99. Didyk A.Y., Bekhterev V.A., Kulikauskas V.S., Serushkin S.V. et al. Hydrogen and deuterium distribution in tungsten foils irradiated with high-temperature deuterium plasma in H2O- or D2O-filled hermetic chambers // Journal of Surface

Investigation: X-Ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2015. Vol. 9, № 4. P. 859-867.

100. Фельдман Л., Майер Д. Основы анализа поверхности и тонких пленок / Пер. с англ. В.А. Аркадьева, Л.И. Огнева. М.: Мир, 1989. 344 с.

101. Шарапов В.М., Серушкин С.В. Захват и удержание дейтерия в соосажденных вольфрам-дейтериевых пленках // В сб.: «Взаимодействие изотопов водорода с конструкционными материалами. IHISM'14: Сборник докладов Пятой международной конференции и Девятой международной школы молодых ученых и специалистов им. А.А. Курдюмова». Саров. 2015. С. 148-154.

102. Sharapov V.M., Zalavutdinov R.K., Zimin A.M. et al. Effect of deuterium on thin-film formation during tungsten sputtering in magnetron discharge deuterium plasma // Journal of Surface Investigation: X-Ray, Synchrotron and Neutron Techniques. 2015. Vol. 9, № 4. P. 673-678.

103. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3 т. Т. 1. М.: Инновационное машиностроение, 2021. 928 с.

104. Работнов Ю.Н. Сопротивление материалов. М.: Физматгиз, 1962.

456 c.

105. Механические свойства новых материалов. Сб. статей / Ред. Баренблатт Г.И. М.: Мир, 1966. 255 с.

106. Инденбом В.Л., Орлов А.Н. Физическая теория пластичности и прочности // Успехи физических наук. 1962. Т. 76, № 3. С. 272-291.

107. Регель В.Р., Слуцкер А.И., Томашевский Э.Е. Кинетическая природа прочности твердых тел. Л.: Наука, 1974. 218 с.

108. Лихтман В.И., Щукин Е.Д., Ребиндер П.А. Физико-химическая механика металлов. М.: Изд-во АН СССР, 1962. 303 с.

109. Зимин А.М., Шарапов В.М., Кривицкий С.Е., Куликаускас В.С. Исследование взаимодействия дейтериевой плазмы с вольфрамовыми мишенями // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2013. № 12. C. 527-534.

ПРИЛОЖЕНИЕ

УТВЕРЖДАЮ

Первый проректор -

проректо М

работе

[КИН

АКТ

о внедрении результатов диссертации Серушкина Сепгея Валерьевича

(фамилия, имя, отчество) в учебный процесс кафедры Э-8 «Плазменные энергетические установки»

(название кафедры)

Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана» (МГТУ им. Н.Э. Баумана)

Мы, нижеподписавшиеся, подтверждаем, что основные научные положения и практические результаты диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук _Серушкина Сергея Валерьевича_

(фамилия, имя, отчество)

на тему « Моделирование взаимодействия плазма-стенка в термоядерных установках с помощью магнетронной распылительной системы »_

(название диссертации)

внедрены в учебный процесс кафедры _ Э-8 «Плазменные энергетические установки»

(название кафедры)

при изучении дисциплин «Плазмодинамика» и «Управление плазменными установками»,

(наименование дисциплин) читаемых студентам по направлениям подготовки

_16.03.02, 16.04.02 «Высокотехнологические плазменные и энергетические установки» (шифр и наименование направлений подготовки (специальностей))

Руководитель НУК Э

Жердев А.А.

(подпись)

Заведующий кафедрой Э-8

Начальник Учебного управления МГТУ им Н.Э. Баумана

Семенкин А.В.

Макарова Ю.Б.

(подпись)