Радиационная стойкость оптических диагностик в условиях термоядерного реактора ИТЭР тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.01, доктор физико-математических наук Вуколов, Константин Юрьевич

• Вуколов, Константин Юрьевич
• доктор физико-математических наук
• 2012

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Вуколов, Константин Юрьевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1.

АНАЛИЗ РАДИАЦИОННОЙ ОБСТАНОВКИ ДЛЯ ОПТИЧЕСКИХ ДИАГНОСТИК ПЛАЗМЫ В ИТЭР

1.1 Введение

1.2 Компоновка, состав и принципы построения оптических диагностик плазмы в ИТЭР

1.3 Радиационная обстановка в местах расположения оптических элементов диагностик плазмы в ИТЭР

1.4 Программа исследований по обеспечению радиационной стойкости оптических элементов под действием термоядерной плазмы

1.5 Выводы к Главе 1 48 ГЛАВА 2.

РАДИАЦИОННАЯ СТОЙКОСТЬ КВАРЦЕВОГО СТЕКЛА В УСЛОВИЯХ ТЕРМОЯДЕРНОГО РЕАКТОРА ИТЭР 5

2.1 Введение

2.2 Методика радиационных испытаний

2.3 Исследования наведенного оптического поглощения

2.4 Радио- и фотолюминесценция в кварцевых стеклах под действием излучения термоядерной плазмы ИТЭР

2.5 Восстановление пропускания стекла термическим отжигом

2.6 Выводы к Главе 2 96 ГЛАВА 3.

ВОЗДЕЙСТВИЕ ПЛАЗМЫ НА ДИАГНОСТИЧЕСКИЕ ЗЕРКАЛА

ЗЛ Введение

3.2 Плазменные эксперименты в Токамаке-10

3.3 Эрозия поверхности, выбор материалов и технологий изготовления

2

металлических зеркал

3.4 Осаждение из плазмы углеводородных пленок

3.5 Очистка оптических элементов лазерным излучением

3.6 Выводы к Главе 3 165 ГЛАВА 4.

РАЗРАБОТКА И ИСПЫТАНИЕ ПРОТОТИПОВ ОПТИЧЕСКИХ

ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ ДИАГНОСТИК ПЛАЗМЫ В ИТЭР

4.1 Введение

4.2 Эндоскоп системы сбора излучения из плазмы для спектроскопии водородных линий в ИТЭР

4.3 Диэлектрические зеркала для сбора излучения плазмы

4.4 Влияние излучения термоядерной плазмы на вакуумные окна из кварцевого стекла

4.5 Выводы к Главе 4 198 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 200 СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Радиационная стойкость оптических диагностик в условиях термоядерного реактора ИТЭР»

ВВЕДЕНИЕ

Прогресс в исследованиях плазмы в установках типа токамак позволил приступить к созданию термоядерного реактора на основе токамака [1, 2]. В настоящее время при широком международном сотрудничестве завершается проектирование и начато строительство международного термоядерного экспериментального реактора - ИТЭР [3, 4]. Основной целью проекта ИТЭР является демонстрация научной и технологической осуществимости энергетического реактора на основе дейтериево-тритиевой (Д-Т) реакции синтеза, а также исследование физики термоядерной плазмы. К основным задачам ИТЭР относятся: изучение возможности осуществления стационарного поддержания работы реактора, испытание технологий наиболее важных для изготовления узлов реактора, испытания элементов и систем для будущего реактора [4]. Для управления работой ИТЭР и исследования плазмы необходим эффективный диагностический комплекс, обеспечивающий проведение надежных измерений параметров плазмы в тяжелых условиях воздействия нейтронных и гамма потоков высокого уровня, нейтронных тепловых нагрузок, бомбардировки частицами [5].

Специфика построения диагностического комплекса ИТЭР обусловлена

тем, что условия в экспериментальном термоядерном реакторе будут в

значительной степени отличаться от условий эксплуатации диагностики в

действующих плазменных установках. Используемые в настоящее время

физические основы и методы диагностики, как правило, могут быть применены

и для ИТЭР, но технологии и инженерные подходы должны отвечать

значительно более жестким требованиям [6]. Это связано с ростом мощности

радиационных нагрузок и большой длительностью плазменного разряда,

который в ИТЭР может составлять около 1000 секунд. Защиту элементов

конструкций ИТЭР от нейтронного излучения и нагрева будет обеспечивать

бланкет. Кроме того, внутри диагностических патрубков предусматривается

размещение защитных пробок (порт-плаги), представляющих собой стальные

блоки с водяным охлаждением, в которых будут сделаны каналы для доступа

4

диагностик к плазме. В частности, оптические элементы, передающие излучение из плазмы к детекторам, будут расположены в порт-плагах внутри каналов, образующих лабиринт, что обуславливает необходимость в большом количестве размещенных внутри вакуумного объема (внутрикамерных) элементов диагностики.

Внутрикамерные элементы диагностики должны выдерживать

долговременное воздействие термоядерной плазмы, а также факторов,

сопровождающих эксплуатацию установки таких как высокое, до 5 Тл

магнитное поле, периодический прогрев камеры до 240 °С, наличие пыли и

других [5, 6]. В типовом Д-Т режиме при номинальной термоядерной мощности

500 МВт плотность потока нейтронов на первую стенку ИТЭР будет составлять

около 1014н/см2с. Ниже будет показано, что нейтронная нагрузка даже на

первую стенку за 10 лет эксплуатации установки ИТЭР в Д-Т режиме будет

21 2

относительно невелика (примерно 10 н/см ) и не приведет к изменениям механических свойств конструкционных материалов. Однако накопление радиационных дефектов в стеклах вакуумных окон и оптических элементах (линзы, оптоволокно) может вызвать постепенную потерю ими пропускания.

Как известно [7], взаимодействие нейтронов с веществом приводит к возникновению ядерных реакций и ионизации вещества, что вызывает вторичное гамма излучение (в Д-Т режиме оценка мощности гамма дозы в материалах в области первой стенки ИТЭР дает величину примерно 2><103 Гр/с) и нагрев вещества. Основные потери энергии нейтронов (замедление) обусловлены процессами упругого и неупругого рассеяния на ядрах атомов, что также дает вклад в нагрев. Для охлаждения элементов конструкций будет применяться система водяного охлаждения. Температура охладителя в ИТЭР на входе в систему будет составлять 70 °С, а на выходе из системы охлаждения в Д-Т режиме может достигать 150 °С. Организация эффективного охлаждения оптических элементов диагностических систем представляет собой сложную инженерную задачу.

Другой опасный фактор для элементов диагностик - это возможность трансмутации в материалах, то есть изменения их изотопного состава в результате ядерных реакций. Следствием этого может быть изменение электрических свойств проводников и диэлектриков, а в отдельных случаях, при высоких сечениях ядерных реакций постепенное превращение одного химического элемента в другой (например, водорода в гелий, золота в ртуть). В результате таких превращений могут деградировать характеристики детекторов и возникать объемные изменения в структуре вещества, например, в результате гелиевого блистеринга. Еще одним следствием трансмутации в материалах является активация вещества из-за накопления радиоактивных изотопов. Активация материалов может внести значительные трудности в эксплуатацию установки и, в частности, по доступу персонала к элементам диагностики. Возникают дополнительные трудности при замене и утилизации элементов диагностик, которые смогут выполняться только с использованием робототехники при соблюдении норм радиационной безопасности. Следует упомянуть и о радиационно-стимулированной диффузии, которая может изменять состав вещества в тонком поверхностном слое, а также привести к диффузионной сварке контактирующих элементов и вызвать выход из строя коммутационных элементов. Из сказанного выше следует, что обеспечение радиационной стойкости внутрикамерных элементов является одной из наиболее актуальных задач при создании диагностического комплекса ИТЭР, так как ее решение непосредственно связано с надежностью диагностик и безопасностью эксплуатации установки.

Исследования комплексного воздействия излучения и корпускулярных потоков из горячей плазмы на материалы и элементы термоядерного реактора -это новое научное направление, появление и развитие которого связано с мирным освоением энергии на основе реакции ядерного синтеза. Прикладной составляющей этих исследований является изучение радиационной стойкости материалов и элементов термоядерного реактора и, в частности, оптических элементов диагностик плазмы ИТЭР.

Основная сложность развития этого научного направления состоит в том, что в настоящее время не существует стационарных источников термоядерных нейтронов для точного моделирования радиационной обстановки в ИТЭР. Экспериментальные задачи исследования свойств и выбора материалов для термоядерного реактора вынужденно решаются с использованием источников радиационных излучений (плазменные установки, ядерные реакторы, гамма и нейтронные источники), отличающихся как по мощности, так и по энергетическому спектру от радиационных характеристик ИТЭР. В работе предложены научно обоснованные технические и технологические решения по проблемам обеспечения радиационной стойкости элементов и разработке оптических диагностик плазмы ИТЭР.

В рамках проекта ИТЭР Российская Федерация разрабатывает 9 диагностических систем для исследования термоядерной плазмы. Четыре из них относятся к оптическим и спектроскопическим диагностикам - это спектроскопия водородных линий, активная спектроскопия, томсоновское рассеяние и лазерная флуоресценция в диверторе. Для этих диагностик проблемы обеспечения долговременной работоспособности внутрикамерных элементов оказываются наиболее сложными. Именно для оптических диагностик наряду с нейтронным облучением и сопутствующим нагревом существенна еще и так называемая проблема «первого зеркала», обусловленная большой вероятностью деградации обращенных к плазме оптических элементов под действием физического распыления и (или) переосаждения материалов конструкционных элементов, осаждения пыли, воздействия химически активных радикалов и ряда других причин. Вакуумные окна, линзы и другая пропускающая оптика являются критическими элементами из-за возможной потери прозрачности под действием радиационных излучений.

Для разработки и создания на ИТЭР надежных и эффективных диагностик требуется выполнить широкую программу научно-технических работ. Исследования радиационной стойкости элементов оптических

диагностик плазмы ИТЭР являются важной составляющей частью этих работ.

7

Радиационная стойкость оптических элементов, в её широком понимании как устойчивость к воздействию различных видов излучения плазмы и корпускулярных потоков, имеет первостепенную значимость для обеспечения безопасной и долговременной работы диагностического комплекса ИТЭР, что и обуславливает актуальность данной работы.

Основное практическое значение работы заключается в создании прототипов радиационно-стойких оптических элементов диагностик ИТЭР, включая разработку технологий их изготовления, что требуется для обеспечения контрактов на поставку в Международную организацию ИТЭР (МО ИТЭР) диагностического оборудования. Актуальность и практическая ценность диссертационной работы состоит также в том, что в процессе ее выполнения была накоплена обширная база фундаментальных знаний о радиационно-стимулированных процессах в оптических материалах, которая может быть использована при разработке аппаратуры и оборудования как для будущих термоядерных, так и для ядерных реакторов и экспериментальных ядерных установок.

К особенности исследований радиационной стойкости элементов оптических диагностик ИТЭР относится комплексное воздействие излучения термоядерной плазмы и факторов, связанных с эксплуатацией установки: высокое магнитное поле, «срывы» плазменного шнура разряда, эрозия и переосаждение материалов внутрикамерных элементов, наличие пыли и химически активных радикалов в вакуумной камере. Одновременное воздействие радиационных излучений и этих факторов делает задачу сохранения свойств оптических элементов значительной проблемой.

Рассматривая проблематику радиационной стойкости оптических

элементов диагностики термоядерного реактора ИТЭР, можно выделить две

основные задачи. Первая из них - это выбор материала (стекла) для вакуумных

окон, линз и оптоволокна, сохраняющего пропускание в условиях ИТЭР и

обладающего пренебрежимо малой радиолюминесценцией. Эта задача может

быть решена на основе результатов радиационных испытаний существующих

8

стекол и развития технологий производства стекла с улучшенной радиационной стойкостью. Вторая задача - это упомянутая выше проблема «первого зеркала». В настоящее время в проекте ИТЭР ко второй задаче принято относить проблематику сохранения стабильности передачи излучения всеми внутри-камерными зеркалами [6]. Поскольку зеркала различных диагностик находятся в разных условиях, единственное, общее решение этой задачи не может быть найдено, и в каждом случае требуется специализированный подход.

Целенаправленные эксперименты по выбору материалов для оптических

вакуумных окон термоядерного реактора и по изучению влияния гамма и

нейтронного облучения на свойства стекла были начаты еще в 80-х годах

прошлого столетия. Эти исследования основывались на опыте, полученном

ранее на ядерных реакторах и источниках радиационных излучений.

Постановка задачи опиралась на первый вариант проекта ИТЭР 1998 года. Это

был проект более крупной и в 2 раза более мощной машины по сравнению с

принятым для строительства современным вариантом ИТЭР. С состоянием

исследований по радиационной стойкости оптических материалов на первом

этапе программы ИТЭР можно, например, ознакомиться в работах [8, 9]. В

очень информативном обзоре [8] предложены и описаны механизмы

наведенного оптического поглощения (НОП) и люминесценции под действием

гамма, электронного и нейтронного облучения, а также представлены

экспериментальные данные для большинства существующих типов стекол и

прозрачных минералов. Однако отсутствие в то время ориентированной на

достижение определенной цели программы исследований привело к тому, что

данные имели разрозненный характер и были получены в условиях мало

соотносящихся с радиационной обстановкой в ИТЭР. На их основании не

представляется возможным провести даже предварительный выбор материала

для вакуумных оптических окон ИТЭР. Для решения задачи потребовалось,

опираясь на накопленный опыт и расчеты радиационной обстановки в

современном проекте ИТЭР, сформулировать международную программу

радиационных испытаний оптических стекол с целью выбора материалов с

9

требуемой для условий ИТЭР радиационной стойкостью. Обзоры проблематики на начальной стадии реализации этой программы представлены в работах [10, 11].

Проблема «первого зеркала» возникла и была сформулирована только на

стадии разработки проекта ИТЭР. Исследования способов защиты

диагностических зеркал и методов восстановления их характеристик

потребовались в связи с постановкой задач по разработке и созданию

оптических диагностик в ИТЭР. Суть проблемы «первого зеркала»

заключается в том, что в результате воздействия плазмы и ряда факторов,

сопровождающих эксплуатацию установки токамак (прогрев камеры, очистка

стенки плазменными разрядами и др.) в зависимости от места размещения

зеркал происходит или эрозия поверхности или осаждение загрязнений.

Например, при расположении зеркала в эрозионной зоне (как правило, в

области первой стенки), может происходить разрушение поверхности за счет ее

распыления атомами перезарядки. Так как большинство зеркал будут

заглублены относительно первой стенки в диагностических каналах, то

осаждение загрязнений (углеродные пленки с содержанием бериллия и

водорода) является наиболее вероятной причиной выхода диагностики из строя.

Рост пленок на поверхности приведет к снижению коэффициентов отражения

зеркал или интерференционному искажению спектра отраженного излучения в

результате формирования полупрозрачных пленок. Реальная ситуация для

конкретного размещения зеркала будет определяться скоростью роста пленок и

их составом (прозрачностью). В экспериментах по экспонированию

металлических зеркал в токамаках Т-10 [12] и БШ-О [13] была

зарегистрирована скорость осаждения углеводородных пленок на зеркалах от

0,2 [12] до 3 нм/с [13], что приводило к постепенному снижению отражения и,

при достижении достаточной толщины пленок, появлению

интерференционного эффекта. Очевидно, что это абсолютно не приемлемо для

нормальной работы оптических диагностик. В экспериментах на Т-10 показано,

что значительное осаждение загрязнений на незащищенные шторками зеркала

10

происходит также и в процессе очистки камеры токамака. Подробный обзор современного состояния исследований и достижений по проблеме «первого зеркала» можно найти в работах [13, 14]. В третьей главе диссертации приводятся результаты исследований выполненных по этой проблеме автором, а также описаны работы по созданию новых типов зеркал, устойчивых к распылению потоками атомов перезарядки из термоядерной плазмы.

Характеризуя общие результаты диссертации, следует подчеркнуть актуальность применения развитого направления работ для обеспечения надежной, долговременной работы оптических диагностик в ИТЭР. Предлагаемые методы и решения опробованы на прототипах в процессе испытаний на установках токамак и в лабораторных условиях. Отраженная в диссертации деятельность проводилась в соответствии с планами работ НИЦ "Курчатовский институт". Цели работы

Основным направлением диссертационной работы является разработка оптических диагностик плазмы, которые долговременно сохраняют работоспособность в радиационных условиях ИТЭР. Для выполнения работы были определены следующие цели:

1. Получение предварительной информации о радиационной стойкости оптических материалов из литературы, анализ факторов риска при воздействии термоядерной плазмы на оптические материалы и выявление критических элементов оптических диагностик плазмы. Разработка требований к расчетам для определения радиационной обстановки при проектировании оптических диагностик в ИТЭР на основе численного моделирования Д-Т плазмы как источника нейтронов.

2. Исследования радиационной стойкости оптического стекла в ядерных установках в условиях, моделирующих радиационные нагрузки от Д-Т плазмы в ИТЭР.

3. Выбор радиационно-стойких материалов для оптических элементов

диагностических систем (вакуумные окна, линзы, зеркала) на основе

11

результатов радиационных испытаний и анализа условий воздействия плазмы в ИТЭР.

4. Исследования взаимодействия плазма-стенка с целью предотвращения деградации поверхности диагностических зеркал. Экспериментальное моделирование условий работы «первого зеркала» в токамаке, а также с помощью плазмы магнетронного разряда.

5. Разработка способов и методов защиты оптических элементов от воздействия радиационных излучений и потоков частиц из плазмы, включая методы восстановления характеристик оптических элементов диагностик плазмы в процессе их эксплуатации в ИТЭР.

6. Разработка и создание прототипов элементов для оптических диагностик плазмы в ИТЭР на основе радиационно-стойких материалов с требуемыми свойствами.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения.

Во Введении обосновывается актуальность диссертации, проводится краткий обзор проблем радиационной стойкости диагностических систем термоядерного реактора и обсуждаются особенности проблематики применительно к оптическим элементам диагностик ИТЭР. Определяются и формулируются цели исследований. Представлена краткая аннотация диссертационной работы по главам. Показаны научная новизна и практическая ценность работы, представлены положения, выносимые на защиту.

В первой главе рассматриваются состав и принципы построения

оптических диагностик ИТЭР. Обсуждаются проблемы, возникающие при

разработке надежных и безопасных в эксплуатации оптических диагностик

термоядерной плазмы. Описана методика и представлены результаты расчетов

радиационной обстановки в характерных местах размещения оптических

элементов диагностик. На основе этих результатов выявлены критические с

точки зрения радиационной стойкости элементы диагностического комплекса

ИТЭР. Показано, что серьезные радиационные нагрузки будут испытывать

только элементы, расположенные вблизи первой стенки. По мере удаления от

12

плазмы поток нейтронов эффективно ослабляется защитой, и уже после первого поворота перископического канала можно рассматривать возможность использования пропускающей оптики.

На основе данных о радиационной обстановке сформулированы основные направления программы работ по разработке радиационно-стойких элементов оптических диагностик ИТЭР и возможные пути ее реализации. Первым направлением этой программы является проведение радиационных испытаний в условиях максимально приближенных к обстановке в ИТЭР. Анализ радиационных условий ИТЭР в местах размещения оптических элементов указывает на проблему воспроизведения условий ИТЭР как по энергетическому спектру, так и по интенсивности с помощью существующих источников излучений. Сделан вывод о том, что для выполнения программы необходимо выполнить широкий спектр исследований радиационной стойкости в нейтронных и гамма источниках, а выбор оптических элементов и их материалов должен делаться на основании анализа результатов этих радиационных тестов с экстраполяцией к условиям ИТЭР. Второе направление программы - это разработка методов увеличения радиационной стойкости, включая создание новых материалов с улучшенными характеристиками, или разработка мер и способов защиты внутрикамерных элементов от радиационного воздействия. Третье направление - это исследование возможностей и разработка методов восстановления характеристик оптических элементов диагностик непосредственно в процессе их эксплуатации в ИТЭР.

Вторая глава посвящена циклу экспериментов на ядерных установках по

изучению радиационной стойкости кварцевого стекла, как наиболее

перспективного материала для вакуумных окон ИТЭР [11]. Приводятся

результаты исследования физических явлений, происходящих в оптических

материалах под действием радиационных излучений: наведенное оптическое

поглощение, радио- и фотолюминесценция. Предлагаются и обосновываются

способы устранения радиационных дефектов и восстановления первоначальных

свойств кварцевого стекла с помощью термического отжига. Сделан ряд

13

важных выводов: 1) в видимой области спектра кварцевое стекло КУ-1 практически не меняет пропускания и является наилучшим материалом для вакуумных оптических окон ИТЭР; 2) показано, что эффект наведенного оптического поглощения сильно зависит от температуры стекла в процессе облучения; 3) интенсивность радиолюминесценции кварцевых стекол КУ-1 и КС-4В на несколько порядков величины ниже интенсивности тормозного излучения из плазмы ИТЭР, представляющего собой основной фон в оптических измерениях; 4) разработан метод восстановления пропускания облученного кварцевого стекла КУ-1 в ультрафиолетовой области с помощью термического отжига в вакууме при температурах 400 - 800 °С.

Третья глава посвящена экспериментам по проблеме «первого зеркала» в Токамаке-10 и в лабораторных условиях, а также выбору материалов и разработке технологий изготовления зеркал для применения в ИТЭР. В Токамаке-10 исследована деградация металлических зеркал в результате длительного воздействия излучения плазмы и других факторов, сопровождающих эксплуатацию установки токамак. Приведены результаты работ по созданию новых типов зеркал, устойчивых к распылению потоками атомов перезарядки из термоядерной плазмы. Показана возможность стабилизации коэффициента отражения от металлических зеркал в процессе распыления поверхности атомами перезарядки при использовании зеркал с характерными размерами структуры материала много меньше длины волны оптического излучения. В качестве прототипов зеркал для ИТЭР изготовлены и испытаны зеркала из монокристаллов молибдена, а также зеркала с нано-кристаллическими покрытиями. Приводятся результаты исследования процессов роста углеводородных пленок на поверхности металлических зеркал и модификации поверхности зеркал под действием плазменного разряда в вакуумной установке с планарным магнетроном. Предлагается метод лазерной очистки зеркал от углеводородных пленок. Возможность его использования доказывается результатами экспериментов по очистке зеркал импульсным

излучением эксимерного лазера от пленок, осажденных в Т-10.

14

В четвертой главе приводятся результаты разработки прототипов элементов для оптических диагностик ИТЭР. Подчеркивается, что создание прототипов диагностической аппаратуры, обладающей большим сроком службы в жестких радиационных условиях, является одним из важных направлений работ по программе ИТЭР. Представлены работы на Токамаке-10 по подготовке оптической системы сбора излучения из плазмы с помощью эндоскопа с внутрикамерным зеркалом для спектроскопии водородных линий. Прототип эндоскопа с внутри-камерным молибденовым зеркалом был разработан, изготовлен и успешно испытан в экспериментах на Токамаке-10. Из результатов испытаний прототипов молибденовых зеркал в составе эндоскопа сделан вывод, что такое зеркало может быть использовано для ИТЭР. Рассматривается критическая для оптических диагностик ИТЭР проблема обеспечения минимальных потерь в тракте сбора излучения и предлагается решение с использованием многослойных диэлектрических зеркал. В результате целенаправленных разработок и испытаний удалось создать прототипы диэлектрических зеркал с коэффициентами отражения близкими к 100% во всей видимой области спектра. Прототипы зеркал успешно прошли испытания в условиях, моделирующих обстановку в ИТЭР, включая облучение в ядерном реакторе и длительный нагрев. Для обоснования применимости кварцевого стекла КУ-1 в качестве материала для вакуумных окон выполнены расчеты изменения пропускания прототипа оптического окна из этого стекла в процессе эксплуатации на ИТЭР. Показано, что потери пропускания могут произойти только на длинах волн менее 400 нм. Причем потери на длине волны 350 нм не превышают 10% за десятилетний период эксплуатации в Д-Т режиме.

В Заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы. Диссертацию завершает список литературы, включающий 76 ссылок. Полный объем диссертации 213 страниц. Научная новизна работы заключается в том, что

1. Впервые выполнены сравнительные радиационные испытания различных

марок оптического стекла в условиях, моделирующих обстановку в ИТЭР,

15

которые показали, что кварцевое стекло КУ-1 является лучшим материалом для вакуумных оптических окон в видимой области.

2. На импульсном ядерном реакторе впервые в мире непосредственно в процессе облучения измерены интенсивности радиолюминесценции кварцевого стекла КУ-1 и КС-4В. Показано, что в ИТЭР радиолюминесценция в вакуумных окнах из этого стекла будет значительно ниже интенсивности тормозного излучения - одного из основных каналов фонового излучения из плазмы ИТЭР.

3. В экспериментах на токамаке Т-10 впервые исследована деградация металлических зеркал в результате длительного воздействия плазмы и факторов, сопровождающих эксплуатацию установки токамак. Показано, что основной проблемой является осаждение углеводородных пленок, искажающее спектры отражения зеркал.

4. Разработан и успешно испытан в лабораторных условиях оригинальный метод дистанционной очистки зеркал импульсным излучением эксимерного лазера.

5. Впервые в плазменной магнетронной установке выполнены исследования скорости роста углеводородных пленок на поверхности металлических зеркал в зависимости от их температуры. Показана возможность предотвращения осаждения углеводородных пленок за счет нагрева зеркал.

6. Разработан новый способ стабилизации характеристик металлических зеркал в процессе физического распыления под действием атомов перезарядки из плазмы. Эффект достигается за счет применения зеркал, изготовленных из однородного наноструктурного материала. Впервые созданы полноразмерные прототипы зеркал из монокристаллов молибдена и зеркала на основе магнетронного напыления наноструктурных родиевых и молибденовых покрытий. Для этих зеркал экспериментально продемонстрированы высокое оптическое качество и устойчивость к распылению потоками частиц из плазмы.

7. Обнаружен новый эффект, заключающийся в явлении низкоэнергичного блистеринга под бомбардировкой молибденовых зеркалах ионами дейтерия с энергией до 300 эВ при наличии водородосодержащей плазмы. Необходимым условием формирования этого типа блистеров является наличие пленки на поверхности зеркала. Явление обусловлено ионно-стимулированной диффузией атомарного водорода.

Практическое значение работы:

1. На основе результатов радиационных испытаний выбраны радиационно-стойкие материалы для вакуумных окон и пропускающей оптики диагностик плазмы в ИТЭР.

2. Получены и систематизированы экспериментальные данные об изменении оптических свойств кварцевых стекол КУ-1, КС-4В и фторалюминатных стекол под действием радиационных излучений.

3. Разработан метод восстановления пропускания облученного кварцевого стекла КУ-1 на основе термического отжига радиационных дефектов в вакууме при температурах 400 - 800 °С в зависимости от степени радиационных повреждений.

4. Созданы прототипы зеркал из монокристаллов молибдена и диэлектрических зеркал с коэффициентами отражения близкими к 100% во всей видимой области спектра. Эти прототипы успешно прошли испытания в условиях, моделирующих радиационную обстановку под действием термоядерной плазмы, что позволяет рекомендовать их для использования в системах сбора излучения для оптических диагностик в ИТЭР.

5. Для оптических диагностик плазмы предложен комплекс мер по обеспечению их работоспособности в условиях ИТЭР, основанный на совместном применении пассивных и активных способов защиты оптических элементов таких как: малый входной зрачок; сменные модули зеркальной оптики; нагрев зеркал; лазерные и плазменные методы очистки зеркал.

6. Разработан, создан и используется на Токамаке-10 прототип оптической системы сбора излучения для спектроскопии водородных линий в ИТЭР -эндоскоп с внутрикамерным металлическим зеркалом. Диагностика на основе эндоскопа эффективно применяется для исследования плазмы в Т-10 и выполнения работ по государственным контрактам.

7. В экспериментах на установках с магнетронным плазменным осаждением и на Токамаке-10 накоплена обширная информация о процессах роста углеводородных пленок, их структуре и свойствах в зависимости от параметров плазмы.

8. Полученные в диссертации данные используются в качестве исходной информации в ходе разработки оптических диагностик плазмы в ИТЭР.

9. В процессе выполнения диссертационной работы накоплена обширная база данных о радиационно-стимулированных процессах в оптических материалах, которая может быть использована при разработке аппаратуры и оборудования как для будущих термоядерных, так и для традиционных ядерных реакторов и плазменных установок.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Определены требования к расчетам радиационной обстановки на основе численного моделирования плазмы как нейтронного источника. Для концептуального варианта размещения в ИТЭР оптических диагностик плазмы рассчитаны радиационные потоки и тепловыделение в оптических элементах. На основе расчетов выявлены критические элементы.

2. На ядерных установках исследованы и определены факторы, влияющие на радиационную стойкость оптического стекла в условиях, моделирующих радиационные нагрузки от Д-Т плазмы. На основе анализа воздействия радиации из плазмы ИТЭР на пропускающие оптические элементы и результатов радиационных тестов кварцевое стекло КУ-1 признано лучшим материалом в мире для этих элементов.

3. Показано, что воздействие плазмы на диагностические зеркала в токамаке

приводит к деградации их оптических характеристик в результате эрозии

18

поверхности или осаждения пленок в зависимости от режимов плазмы и расположения зеркал. Выявлена связь свойств осажденных из плазмы пленок, скорости их роста с параметрами пристеночной плазмы.

4. Предложена и реализована методика испытаний металлических зеркал в плазменной магнетронной установке, которая позволяет эффективно исследовать процессы взаимодействия плазма-стенка в условиях подобных ИТЭР.

5. Впервые созданы и испытаны методы защиты оптических элементов диагностик от воздействия радиационных излучений и потоков частиц из плазмы, включая методы восстановления характеристик оптических элементов в процессе их эксплуатации в ИТЭР.

6. Выявлены причины эрозии металлических зеркал под действием термоядерной плазмы, что позволило сформулировать требования к материалам зеркал для увеличения времени их жизни в условиях ИТЭР. В результате проделанной работы предложено использовать материалы с однородной на нанометровом уровне структурой, что приведет к стабилизации оптических характеристик зеркал в процессе распыления атомами перезарядки из пристеночной плазмы.

7. Разработаны и созданы прототипы радиационно-стойких элементов оптических диагностик плазмы в ИТЭР на основе материалов с требуемыми свойствами.

Апробация работы и публикации

Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на семинарах ИЯС и ИФТ НИЦ "Курчатовский институт", Всероссийских совещаниях по диагностике высокотемпературной плазмы (Санкт-Петербург в 1993, 1997 гг., Троицк в 2003, 2006 гг., Звенигород в 2007, 2010, 2011 гг.,); Звенигородских конференциях по физике плазмы и УТС (2009, 2010, 2011 гг.,), а также на Международных 1ТРА Совещаниях по диагностике ИТЭР (20002012 гг.); Европейских конференциях по физике плазмы (Россия, Санкт-

Петербург, 2003 г., Великобритания, Лондон 2004 г., Испания, Тарагонна

19

2005 г., Италия, Рим 2006 г.); Международных симпозиумах по термоядерным технологиям - SOFT) (Финляндия, Хельсинки 2002 г., Италия, Венеция 2004 г., Германия, Росток 2008 г., Португалия, Порто 2010 г.); Международных конференциях по «Диагностике термоядерной плазмы» в Италии, Варенна в 2001 и 2007 г.г. За комплекс работ по разработке диагностического оборудования для спектроскопии водородных линий ИТЭР и исследования прототипа оптической системы на токамаке Т-10 коллективу исследователей, включая автора диссертации, присуждена премия им. И.В. Курчатова в области инженерных и технологических разработок в 2006 г.

Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 35 печатных работах, из которых 32 работы представлены в ведущих отечественных и зарубежных журналах из списка ВАК, а остальные опубликованы в трудах международных конференций. Связь с государственными планами НИОКР

Диссертационная работа выполнялась по плану научно-технических работ НИЦ "Курчатовский институт" в соответствии с Федеральным законом «О ратификации Соглашения о создании Международной организации ИТЭР по термоядерной энергии для совместной реализации проекта ИТЭР и Соглашения о привилегиях и иммунитетах Международной организации ИТЭР по термоядерной энергии для совместной реализации проекта ИТЭР» от 19 июля 2007 года № 143-ФЭ. Первоначально работы выполнялись в соответствии с Федеральной целевой программой "Международный термоядерный реактор ИТЭР" на 2002-2005 гг. (Постановление Правительства РФ № 604 от 21.08.2001), Федеральной целевой научно-технической программой "Международный термоядерный реактор ИТЭР и научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в его поддержку" на 1999-2001 гг. (Постановление Правительства РФ № 1417 от 01.12.1998) и Федеральной целевой программой "Международный термоядерный реактор ИТЭР и научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в его поддержку" на

1996-1998 гг. (Постановление Правительства РФ № 1119 от 19.09.1996).

20

Личный вклад автора

Автор принимал непосредственное участие во всех экспериментальных работах, результаты которых лежат в основе диссертации. Он работал на термоядерных и ядерных установках в качестве ведущего экспериментатора, во всех исследованиях он участвовал в постановке научной задачи и анализе экспериментальных данных. Автор лично участвовал в создании оптических диагностик плазмы на токамаках Т-10 и Т-15, развил методику исследований воздействия плазмы на диагностические зеркала и провел первые измерения деградации оптических характеристик зеркал в результате их длительного экспонирования внутри вакуумной камеры Т-10. Автор принимал активное участие в международном сотрудничестве по разработке оптических диагностик плазмы для ИТЭР, организации проведения совместных экспериментов и теоретической интерпретации результатов.

Заключение диссертации по теме «Приборы и методы экспериментальной физики», Вуколов, Константин Юрьевич

Основные результаты исследований можно кратко сформулировать следующим образом:

1. Выполнен анализ воздействия плазмы как источника 14 МэВ нейтронов на элементы диагностик плазмы, размещенные в перископических каналах внутри железо-водной защиты патрубков ИТЭР. Определены радиационные нагрузки на оптические элементы, включая спектры нейтронов.

13 2

На первом зеркале плотность потока нейтронов составляет 6-10 н/(см с), на вторичном зеркале - МО12 н/(см2с), на вакуумном окне - 4-108 н/(см2с), что говорит об эффективности защиты.

2. В ядерных установках испытаны кварцевые стекла КУ-1 и КС-4В Показано, что пропускание стекла КУ-1 в видимой и ИК областях спектра не будет изменяться под действием излучения термоядерной плазмы. В типовом Д-Т режиме ИТЭР при термоядерной мощности 500 МВт радиолюминесценция в стекле КУ-1 оказывается незначительной, ее спектральная плотность мощности будет более чем на четыре порядка ниже спектральной плотности

20 "3 мощности тормозного излучения из плазмы при Те = 10 кэВ и пе = 10 м . По

201 итогам испытаний кварцевое стекло КУ-1 признано лучшим материалом для оптических окон в ИТЭР.

3. Экспериментально обнаружено значительное уменьшение пропускания стекла КУ-1 в УФ области под действием облучения гамма частицами и нейтронами. Разработан и успешно испытан метод восстановления пропускания в УФ области стекла КУ-1 на основе отжига при температуре до 800 °С. Этот метод позволит значительно расширить область применения стекла КУ-1 для оптических элементов в диагностиках плазмы ИТЭР.

4. В токамаке Т-10 показано, что осаждение углеводородных пленок, искажающее спектры отражения зеркал, может составить проблему для диагностики плазмы в ИТЭР. В типовом режиме Т-10 скорость осаждения пленок на зеркалах, размещенных в сечении кольцевой диафрагмы на расстоянии 22 см от плазмы, составляет 0,2 нм/с. В режиме с увеличенным рециклингом и повышенным содержанием примесей в плазме скорость осаждения возрастает в 20 раз.

5. Создан стенд на основе эксимерного лазера с энергией до 50 мДж в импульсе длительностью 20 не. С его помощью в вакууме при плотности л энергии выше 0,12 Дж/см проведена очистка стальных зеркал от твердых СН пленок, осажденных из плазмы в Токамаке-10, без изменения характеристик зеркал. Методика лазерной очистки может быть использована в ИТЭР.

6. В процессе распыления графитового катода ионами из плазмы магнетронного разряда изучена зависимость скорости роста СН пленок от температуры зеркал. Показано, что при температуре выше 200 °С рост пленок прекращается. Такой нагрев зеркал может быть использован в ИТЭР для защиты зеркал от осаждения пленок.

7. Отработана технология изготовления зеркал из монокристаллов молибдена и созданы прототипы зеркал для ИТЭР, которые сохраняют оптические характеристики в процессе длительного распыления, что продемонстрировано в процессе их испытания в пристеночной плазме токамака

TEXTOR. Анализ результатов исследований позволяет сделать вывод, что

202 монокристалл молибдена является одним из лучших материалов для первого зеркала диагностик плазмы в ИТЭР.

8. Разработан, изготовлен и испытан на токамаке Т-10 прототип оптической системы сбора излучения из плазмы для спектроскопии водородных линий в ИТЭР - эндоскоп с внутрикамерным молибденовым зеркалом. Показана высокая надежность этой оптической системы и ее эффективность для диагностики плазмы в токамаке.

9. Показано, что многослойные диэлектрические зеркала Nb205/Si02 с отражением не менее 95% в видимой области спектра обладают достаточной радиационной стойкостью в условиях, моделирующих обстановку в ИТЭР. Высокая отражательная способность таких зеркал позволит передавать с их помощью излучение из плазмы к детекторам с малыми потерями. Разработаны и созданы прототипы этих зеркал для спектроскопии водородных линий и активной спектроскопии плазмы в ИТЭР.

10. Разработан комплекс мер для увеличения надежности оптических компонент диагностик плазмы в ИТЭР. Для их защиты предложены: малый входной зрачок; перископ в нейтронной защите установки; сменные модули зеркальной оптики; нагрев зеркал и методы очистки зеркал. Вместе с технологиями по изготовлению прототипов оптических элементов это позволяет приступить к разработке конструкторской документации для создания оптических диагностик плазмы в ИТЭР.

В заключение автор выражает благодарность сотрудникам, с которыми проводились основные эксперименты: Б.А. Левину, С.Н. Звонкову, A.B. Горшкову, A.A. Медведеву, A.B. Рогову, В.М. Гурееву, И.И. Орловскому, Т.Р. Мухаммедзянову. Особую благодарность хотелось бы выразить А.Н. Чудновскому за полезные обсуждения результатов и постоянный интерес к работе. Благодарю научный и технический коллектив ИФТ за помощь в работе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итоги, следует отметить, что в рамках работы было развито новое направление исследований термоядерной плазмы как источника радиационных излучений. Основное внимание в нем уделяется практическим вопросам исследования воздействия плазмы в виде потоков частиц и жесткого излучения на материалы и аппаратуру для диагностики плазмы ИТЭР. Предметом диссертационной работы являлось изучение радиационной стойкости оптических материалов под воздействием радиационных излучений и потоков частиц из термоядерной плазмы. Была разработана и выполнена программа исследований по разработке радиационно-стойких элементов оптических диагностик плазмы в ИТЭР. В процессе работы достигнуты все поставленные цели.

Во-первых, выполнено расчетно-аналитическое обоснование радиационных нагрузок на оптические элементы диагностик ИТЭР. Сформулированы задачи для нейтронных расчетов оптических диагностик и проведены расчеты для концептуальных проектов диагностик. Рассмотрены физические проблемы, возникающие при проведении расчетов, и предложены способы их преодоления. На основе результатов расчетов получена и проанализирована информация о радиационных условиях в ИТЭР. Подчеркнем, что нейтронные расчеты - это необходимый инструмент при разработке диагностик для обеспечения требований по безопасности реактора. В настоящее время нейтронные расчеты поставлены на регулярную основу и являются одним из ключевых элементов при разработке диагностик плазмы в ИТЭР.

Во-вторых, разработаны методы для увеличения радиационной стойкости диагностических систем, включая создание новых оптических материалов и элементов с улучшенными характеристиками. В основном это касалось выбора стекла для вакуумных окон ИТЭР и исследований характеристик стекол под действием радиационных излучений. Была разработана методика исследований и проведена серия экспериментов на ядерных источниках по изучению

200 радиационной стойкости оптического стекла. Разработаны методы восстановления характеристик оптических элементов диагностик непосредственно в процессе их эксплуатации в ИТЭР.

В-третьих, была сформулирована и детально исследована проблема первого зеркала. Следует подчеркнуть, что на Токамаке-10 впервые в мире были поставлены эксперименты с целью изучения деградации металлических зеркал в результате длительного воздействия излучения плазмы и других факторов, сопровождающих эксплуатацию установки токамак. Выполнены работы по выбору оптимальных материалов и технологий изготовления зеркал для применения в ИТЭР. Разработаны способы и методы защиты диагностических зеркал от воздействия термоядерной плазмы.

И, наконец, на основе результатов исследований выполнена разработка и созданы прототипы радиационно-стойких элементов оптических диагностик ИТЭР.

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Вуколов, Константин Юрьевич, 2012 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Б.Б. Кадомцев. Основы физики плазмы токамака // Итоги науки и техники, сер. Физика плазмы под ред. В.Д. Шафранова, т. 10, ч. 1, М., 1991

2. J. Wesson. Tokamaks // 3ed., Oxford, 2004

3. Е.П. Велихов, В.П. Смирнов. Состояние исследований и перспектива термоядерной энергетики // ВАНТ, Термоядерный синтез, вып. 4 (2006) с. 3-14

4. B.J. Green for ITER International Team and Participant Team. ITER: burning plasma physics experiment // Plasma Phys. Control. Fusion 45 (2003) 687-706

5. A.J.H. Donn'e, A.E. Costley, R. Barnsley, H. Bindslev, R. Boivin, G. Conway, R. Fisher, R. Giannella, H. Hartfuss, M.G. von Hellermann, E. Hodgson, L.C. Ingesson, K. Itami, D. Johnson, Y. Kawano, T. Kondoh, A. Krasilnikov, Y. Kusama, A. Litnovsky, P. Lotte, P. Nielsen, T. Nishitani, F. Orsitto, B.J. Peterson, G. Razdobarin, J. Sanchez, M. Sasao, T. Sugie, G. Vayakis, V. Voitsenya, K. Vukolov, C. Walker, K. Young. The Progress in ITER Physics Basis, Chapter 7: Diagnostics. Nucl. Fusion 47 (2007) S337-S384

6. A.E. Costly, T. Sugie, G. Vayakis, C.I. Walker. Technological challenges of ITER diagnostics // Fusion Engineering and Design 74 (2005) 109-119

7. K.H. Мухин. Введение в ядерную физику // 2-ое издание, Атомиздат, Москва, 1965, с. 239

8. С.И. Турчин, Ю.И. Чураков. Радиационная стойкость оптических материалов и элементов. - ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, 1994. с.74-101

9. A.E. Costley, D.J. Campbell, S. Kasai, K.E. Young, V. Zaveriaev. ITER R&D: Auxiliary Systems: Plasma Diagnostics // Fusion Engineering and Design 55 (2001)331-346

10. E.R.Hodgson, Radiation problems and testing of ITER diagnostic components, in "Diagnostics for experimental thermonuclear fusion reactors 2", edited by Stott et al., Plenum Press, New York, 1998, 261-268

11. Д.В.Орлинский. Изучение радиационной стойкости и выбор материала окон для диагностических систем термоядерного реактора. - ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2000. Вып.2. с.21-39

12. K.Yu. Vukolov, M.I. Guseva, S.A. Evstigneev, A.A. Medvedev, S.N. Zvonkov. Exposure of stainless steel mirrors in T-10 tokamak. Plasma Devices and Operations. V. 12, Number 3. September 2004, p.p. 193-202

13. A. Litnovsky, V.S. Voitsenya, A. Costley and A.J.H. Donn'e. First mirrors for diagnostic systems of ITER // Nuclear Fusion 47 (2007) 833-838

14. Д.В. Орлинский, B.C. Войценя, К.Ю. Вуколов. Имитационные исследования поведения зеркал диагностических систем экспериментального термоядерного реактора. ВАНТ, сер. Термоядерный синтез, 2005, вып.З. стр.3-50

15. К. Vukolov, A. Medvedev, I. Orlovskiy. Issues and options for mirrors of CXRS and H-alpha ITER diagnostics. CP 988, Burning Plasma Diagnostics. An International Conference, Varenna, Italy. 24 - 28 September, 2007. Edited by F.P. Orsitto et. al. Melville, New York, 2008. AIP Conference Proceedings, Volume 968, p.370-374

16. C.B. Шелудяков, К.Ю. Вуколов, Г.Е. Шаталов. Нейтронно-физический анализ Н-альфа и CXRS диагностических систем в реакторе ИТЭР. -ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, 2004, вып.1, с. 26-40

17. ITER-2001. Nuclear Analysis Report, NAG-201-01-06-17-FDR

18. Properties of neutron sources. A technical document issued by the International Atomic Energy Agency, VIENNA, 1987, IAEA-TECDOC-410

19. C.M. Nelson, R.A. Weeks. Vacuum ultraviolet absorption studies of irradiation silica and quartz // J. Appl. Phys., 1961, v.32. p.883

20. E.J. Fribele. Radiation Effects. - In: Optical properties of Glass. Ed. By D.R. Uhlmann, N.J. Kreidl - American Chemicfl Society. 1991. p. 205-264

21. C.I. Walker, S. Yamamoto, A. Costly et al. Nuclear aspects of diagnostics in RTO/RC ITER// Fusion Engineering and Design. 51-52. (2000) 377-385

22. Д.В. Opлинский, К.Ю.Вуколов, Б.А. Левин, B.T. Грицина. Радиационная стойкость кварцевых стекол// ВАНТ, Серия термоядерный синтез, 2002, выпуск 3-4, стр. 82-91

23. K.Yu. Vukolov, В.A. Levin. Results of irradiation tests of KU-1 and KS-4V silica glasses as ITER candidate window materials // Fusion Engineering and Design. 66-68 (2003) 861-864

24. K.Yu. Vukolov. Radiation effects in window materials for ITER diagnostics // Fusion Engineering and Design. 84 (2009) 1961-1963

25. К.Ю. Вуколов, Б.А. Левин, B.C. Скобкин, ИМ. Черемисин, С.А. Попов, Т.А. Ермоленко, И.К. Евлампиев, П.К. Туроверов. Наведенное оптическое поглощение у кварцевых стекол КС-4В и КУ-1 в результате у-облучения// ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, 2001, вып.1, с.66 - 72

26. П.Б. Басков, В.В. Сахаров, К.Ю. Вуколов, О.В. Акимова, В.Ш. Берикашвили. Получение фторалюминатных стекол и исследование их радиационно-оптического поведения при гамма-облучении. // Сб. XI Международной научно-технической конференции "Высокие технологии в промышленности России. Материалы и устройства функциональной электроники и нанофотоники". М.: 2005, С.305-311

27. D.V. Orlinski and K.Yu. Vukolov. Quartz KU-1 optical density measurements after irradiation in the nuclear reactor IR-8 // J. Plasma Devices and Operations v.7, 1999, p. 195-204

28. V.I. In'kov, I.A. Ivanin, D.V. Orlinski. Time variation of the optical absorption of quartz KU-1 induced by gamma irradiation. J. of Nucl. Mater., v. 256, 1998, p.p. 254-257

29. К.Ю. Вуколов, Б.А. Левин, Н.Ю. Вуколов. Влияние облучения и термического отжига на оптическое пропускание кварцевого стекла//

"Вопросы атомной науки и техники. Серия термоядерный синтез, 2000, выпуск 1, стр.72-80

30. E.R. Hodgson. Radiation problems and testing of ITER diagnostic components// In "Diagnostics for experimental thermonuclear fusion reactors 2", edited by Stott P E et al., 1998, Plenum Press New York, p. 261 - 268

31. T. Sugie, T. Nishitani, S. Kasai, J. Kaneko, S. Yamamoto. In situ transmissivity measurements of KU-1 quartz in the UV range under 14 MeV neutron irradiation. J. of Nuclear Materials. 307-311 (2002) 1264-1267

32. К.Ю.Вуколов, Н.Ю. Вуколов, E.B. Егоров, Б.А. Левин, А.Ф. Яшин. Наведенное оптическое поглощение в кварцевых стеклах КУ-1 и КС-4В в результате после реакторного облучения// "Вопросы атомной науки и техники. Серия термоядерный синтез, 2002, выпуск 1-2, стр. 86-92

33. A.Gorshkov, D. Orlinski, V.Sannikov, K.Vukolov, S. Goncharov, Yu. Sadovnikov, A. Kirillov// Measurement of the radiation resistant fused quartz radioluminescence spectral intensity under irradiation in the pulse nuclear reactor. - J. of Nucl. Mater., 273, 1999, p. 271 - 276

34. K. Kadota, M. Otsuka, J. Fujita, Nuclear Fusion 20 (1980) 209

35. I.V. Moskalenko, N.A. Molodtsov, N.Yu. Vukolov. Results of photoluminescence induced in pre-irradiated optical materials under UV radiation. Plasma Devices and Operations, 2002, v. 10, p. 1-8

36. V.Voitsenya, A.Costley, V.Bandourko, A.Bardamid, V.Bondarenko, Y.Hirooka, S.Kasai, V.Konovalov, M.Nagatsu, K.Nakamura, D.Orlinskij, F.Orsitto, L.Poperenko, S.Solodovchenko, A.Stan', T.Sugie, M.Taniguchi, M.Vinnichenko, K.Vukolov, S.Zvonkov. "Diagnostic first mirrors for burning plasma experiments". - Review of Scientific Instruments, Vol. 72, No.l, January 2001, p. 475-482

37. Д.В. Орлинский, К.Ю. Вуколов, B.C. Войценя. Имитационные исследования поведения зеркал диагностических систем

il

экспериментального термоядерного реактора. ВАНТ, сер. Термоядерный синтез, 2005, вып.З. стр.3-50

38. A. Litnovsky, P. Wienhold, V. Philipps, G. Sergienko, О. Schmitz, A. Kirschner, A. Kreter, S. Droste, U. Samm, Ph. Mertens, A.H. Donne, D. Rudakov, S. Allen, R. Boivin, A. McLean, P.Stangeby, W. West, C. Wong, M. Lipa, B. Schunke, G. De Temmerman, R. Pitts, A. Costley, V. Voitsenya, K. Vukolov, P. Oelhafen, M. Rubel, A. Romanyuk. Diagnostic mirrors for ITER: a material choice and an impact of erosion and deposition on their performance. Journal of Nuclear Materials 363-365 (2007) 1395-1402

39. V.S. Voitsenya, Yu.N. Borisenko, V.V. Bryk et al.// Simulation of radiation effects on reflectors using heavy ion beam. Journal of Nuclear Materials 212215 (1994) p. 1640

40. A. Litnovsky, V. Voitsenya, T. Sugie, G. De Temmerman, A.E. Costley, A.J.H. Donne, K.Yu. Vukolov, I. Orlovskiy, J.N. Brooks, J.P. Allain, V. Kotov, A. Semerok, P.-Y. Thro, T. Akiyama, N. Yoshidal, T. Tokunaga and K. Kawahata // Progress in research and development of mirrors for ITER diagnostics. Nucl. Fusion 49 (2009) 075014 (8pp)

41. M. Lipa, B. Schunke, Ch. Gil, J. Bucalossi, V. S. Voitsenya, V. Konovalov, K. Vukolov, M. Balden, G. de Temmerman, P. Oelhafen, A. Lilnovsky, P. Wienhold. Analyses of metallic first mirror samples after long term plasma exposure in TORE SUPRA. Fus. Eng. and Design 81 (2006) 221

42. K. Vukolov, A. Bardamid, A. Gorshkov, V. Konovalov, A. Rogov, V. Sannikov, S. Solodovchenko, V. Voitsenya, S. Zvonkov. Experimental study of first mirror degradation under influence of ITER relevant conditions. Advanced Diagnostics for Magnetic and Inertial Fusion. Edited by Stott et al. Kluwer Academic/Plenum Publisher, New York, 2002. p. 299-302

43. К.Ю. Вуколов, А.В. Горшков, В.М. Гуреев, С.Н. Звонков, С.А. Евстигнеев, А.А. Медведев. Экспонирование образцов зеркал в токамаке Т-10. Препринт РНЦ «Курчатовский Институт» ИАЭ-6260/7, Москва 2003

44. К.Ю. Вуколов, В.М. Гуреев, М.И. Гусева, JI.C. Данелян, С.Н. Звонков, С.А. Евстигнеев, В.В. Затекин, B.C. Кулукаускас. Исследование углеводородных пленок на внутрикамерных зеркалах в токамаке Т-10. В тезисах докладов XXXV международной конференции по физике взаимодействия заряженных частиц с кристаллами, Москва, 31 мая - 2 июня 2005 г.

45. Алимов В.Х., Гончаров В.Л., Гусева М.И. и др. Исследование структуры переосажденных в вакуумной камере токамака Т-10 углеродных пленок и содержания в них дейтерия// ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, 2000, вып. 2, с. 45-54

46. W. Jacob — Thin Solid Films, 1998, p. 326

47. D. Edvard Palik (Ed.), Handbook of Optical Constants of Solids (Academic Press Inc., 1985 and 1991)

48. T. Nishitani, E. Ishitsuka, T. Kakuta et al. Japanese contribution to ITER task of irradiation tests on diagnostics components. Fusion Engineering and Design 42 (1998)443-448

49. К.Ю. Вуколов, Д.В. Марковский, И.И. Орловский, Р.А. Форрест. Анализ трансмутации материалов диагностических зеркал в ИТЭР// ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, 2011, вып.1, с.25-28

50. Eckstein W. Calculated Sputtering, Reflection and Range Values. Preprint IPP 9/132, June 2002

51. V. Kotov, A. Litnovsky, A.S. Kukushkin, D. Reiter, A. Kirschner. Numerical modeling of steady-state fluxes at the ITER first wall. J. Nucl. Mater. 390-391 (2009) 528

52. A. Litnovsky, G. De Temmerman, K. Vukolov, P. Wienhold, V. Philipps, O. Schmitz, U. Samm, G. Sergienko, P. Oelhafen, M. Butiner, I. Orlovskiy, A. Yastrebkov, U. Breuer, A. Scholl. Investigations of single crystal and polycrystalline metal mirrors under erosion conditions in TEXTOR. Fusion Engineering and Design 82 (2007) 123-132

53. Б.С. Данилин "Применение низкотемпературной плазмы для нанесения тонких плёнок", М., Энергоатомиздат, 1989, стр. 59-63

54. Thornton J.A. - Influence of apparatus geometry and deposition conditions on the structure and topography of thick sputtered coatings. - J. Vac. Sci. Technol., 1974, v. 11, No 4, p.p. 666-670

55. A.B. Рогов, К.Ю. Вуколов. Магнетронное напыление молибденовых зеркал и зеркальной микронной фольги со столбчатой упорядоченной нанокристаллитной структурой. Журнал технической физики, 2006, том 76, вып.4, 109-113

56. A.F. Bardamid, K.Yu. Vukolov, V.G. Konovalov, D.I. Naidenkova, A.V. Rogov, I.V. Ryzhkov, A.N. Shapoval, A.F. Shtan', S.I. Solodovchenko, V.S. Voitsenya, K.I. Yakimov. Testing of Molybdenum film mirrors under bombardment by deuterium plasma ions. Plasma Devices and Operations. Vol. 14, No. 2 (June 2006), p.p. 159-171

57. A.B. Рогов, К.Ю. Вуколов, A.B. Горшков, B.M. Гуреев. Исследования методом магнетронного распыления деградации монокристаллических и напыленных молибденовых зеркал в условиях, подобных ИТЭР. ВАНТ, вып. 2, 2005, стр. 39-54

58. А.В. Рогов, К.Ю. Вуколов. Моделирование условий распыления в ИТЭР с использованием магнетронной установки. Методика и режимы распыления. ВАНТ, вып. 1, 2005, стр. 9-25

59. M.Mayer, R. Behrisch et al. - Diagnostics for Experimental Thermonuclear Fusion Reactors 2. Edited by Stott et al. Plenum Press. New York. 1998, p.p. 279-286

60. C.B. Мирнов - Физические процессы в плазме токамака. Москва, Энергоатомиздат, 1985.

61. М. Каминский - Атомные и ионные столкновения на поверхности металла. М., Мир, 1967

62. Гусева М.И., Мартыненко Ю.В. Радиационный блистеринг. //Успехи Физических Наук, Декабрь, 1981, с.671-691

63. К.Ю. Вуколов, JI.C. Данелян. С.Н. Звонков, А.А.Медведев, Т.Р. Мухаммедзянов, В.В. Пиксайкин, В.В. Затекин, B.C. Куликаускас. Влияние нагрева на скорость роста а-С:Н пленок и характеристики металлических зеркал в условиях подобных ИТЭР. ВАНТ, Сер. Термоядерный синтез, 2006, вып. 4, с. 21-34.

64. Т. Schwarz-Selinger, A. von Keudell and W. Jacob. Appl. Phys. Lett. V. 86, 7 (1999)3988

65. К.Ю. Вуколов, B.M. Гуреев, М.И. Гусева, JI.C. Данелян, C.H. Звонков, С.А. Евстигнеев, В.В. Затекин, B.C. Кулукаускас. Изучение пленок, осажденных на зеркалах в токамаке Т-10. Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 2006, №4, с. 5-8

66. A. von Keudell, Т. Schwarz-Selinger, М. Meier and W. Jacob, Appl. Phys. Lett. 76 (2000) 676

67. E. Mukhin, K. Vukolov, V. Semenov, S. Tolstyakov, M. Kochergin, G. Kurskiev, K. Podushnikova, A. Razdobarin, A. Gorodetsky, R. Zalavutdinov, V. Bukhovets, A. Zakharov, S. Bulovich. Progress in the development of deposition prevention and cleaning techniques of in-vessel optics in ITER. Nucl. Fusion. 49 (2009) 085032 (9pp)

68. К.Ю. Вуколов, А.В. Горшков, С.Н. Звонков. Очистка металлических зеркал от загрязнений излучением эксимерного лазера. ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез, 2001, вып.1, с.61 - 66

69. B.W. Brown, C.W. Gowerrs, P. Nielsen, В. Schunke. Window transmission and cleaning schemes used with light detection and ranging Thomson scattering diagnostic on the JET tokamak. Rev. Sci. Instrument, 1995, v.65, p. 3077

70. A.A. Медведев, E.B. Александров, Д.К. Вуколов, К.Ю. Вуколов, А.В. Горшков. Эндоскоп для измерений в видимой области спектра на токамаке Т-10. Конструкция и результаты первых экспериментов. ВАНТ, Сер. Термоядерный синтез, том.4, 2007, стр. 50-56

71. A. A. Medvedev, A.Yu. Pigarov. Study of the Plasma Neutral Component in T-10. Report IAE-6187/7. Russian Research Center «Kurchatov Institute», Moscow, 2000

72. V. Kotov, A. Litnovsky, A.S. Kukushkin, D. Reiter, A. Kirschner. Numerical modelling of steady-state fluxes at the ITER first wall. J. Nucl. Mater. 390-391 (2009)528

73. А.В. Горшков, Д.К. Вуколов, К.Ю. Вуколов, A.A. Медведев, С.Н. Звонков. Влияния воздействия плазмы на молибденовое зеркало эндоскопа в токамаке Т-10. В тезисах докладов XXVI Международной (Звенигородской) конференции по физике плазмы и УТС. 9-13 февраля 2009 г., г. Звенигород, Московской области. М-73, http://www.fpl.gpi.ru/Zvenigorod/XXXVI/Zven XXXVI.html

74. I.I. Orlovskiy, K.Yu. Vukolov. Thermal and neutron tests of multilayered dielectric mirrors. Fusion Engineering and Design 74 (2005) 865- 869

75. I. Orlovskiy, K. Vukolov, E. Andreenko, T. Mukhammedzyanov, A. Taranchenko. Thermal tests of broadband dielectric mirrors. Fusion Engineering and Design, Volume 86, Issues 6-8, October 2011, 1290-1293

T. Sugie, T. Nishitani, S. Kasai, J. Kaneko, S. Yamamoto. In situ transmissivity measurements of KU-1 quartz in the UV range under 14 MeV neutron irradiation. J. of nuclear Materials. 307-311 (2002) 1264-1267