1 / 33

ПЕРВЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ ХИМИЧЕСКОЙ ЭРОЗИИ ГРАФИТА НА УСТАНОВКЕ ГОЛ-3 И.А. Иванов ,

ПЕРВЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ ХИМИЧЕСКОЙ ЭРОЗИИ ГРАФИТА НА УСТАНОВКЕ ГОЛ-3 И.А. Иванов , Команда ГОЛ-3. Процессы, возникающие вблизи и на поверхности приемников плазмы. re-eroded / отраженные частицы. C x+ ,W x+ ,… CD z 0,+. D,C,O, …. C, W, … CD 4. Поверхность (C, W, Mo, …).

nigel-davis
Download Presentation

ПЕРВЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ ХИМИЧЕСКОЙ ЭРОЗИИ ГРАФИТА НА УСТАНОВКЕ ГОЛ-3 И.А. Иванов ,

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. ПЕРВЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ ПО ИЗУЧЕНИЮ ХИМИЧЕСКОЙ ЭРОЗИИ ГРАФИТА НА УСТАНОВКЕ ГОЛ-3 И.А. Иванов, Команда ГОЛ-3

  2. Процессы, возникающие вблизи и на поверхности приемников плазмы re-eroded/ отраженные частицы Cx+,Wx+,… CDz0,+ D,C,O, … C, W, …CD4 Поверхность (C, W, Mo, …) • Взаимодействие плазмы с поверхностью: • физическое распыление / отражение • химическая эрозия (CnDm) • осаждение из пристеночной плазмы • переосаждение испаренного вещества • сублимация • объемный взрыв

  3. Эрозия мелкозернистого плотного графита (МПГ-6) >10 кДж/г исследуемая область Облучение графитовой мишени потоком электронно-горячей плазмы совместно с релятивистским электронным пучком приводит к взрывной (объемной) эрозии графита. Глубина эрозии зависит от плотности энергии и достигает 0.5-1 ммпри 30-60 MДж/м2.

  4. Схема эксперимента по изучению потоков молекул углеводорода в плазма-поверхность эксперименте на установке ГОЛ-3 наблюдение излучения Мишень в обойме

  5. Возможности спектроскопии для исследования процессов химической эрозии при облучении плазмой материалов: • Химическая эрозия графита происходит за счет образования CDx, C2Dy, C3Dzи т.д. • Сами CDx и C2Dyне излучают в видимой и УФ области • Излучают продукты их диссоциации - CD (вместо CDx) и С2 (вместо C2Dy) • Зная скорости процессов, цепочку диссоциации, особенности возбуждения уровней и т.д. - По спектру излучения CDиC2можно определить потоки CDx и C2Dy, а из них определить скорость эрозии.

  6. Химическая эрозия и диффузия углеводородов вглубь плазмы графит C D+ D C e C e e hn C v D+ D C CD CnDm D C C C hn D C C C2 C С+ C hn D C e e e Расстояние

  7. = Возможности спектроскопии для исследования процессов химической эрозии при облучении плазмой материалов: Поток атомов Интенсивность линии S/XB - inverse photon efficiency (количество актов ионизации на фотон) Для молекул: добавляется диссоциация и т.д.

  8. Схема эксперимента по изучению потоков молекул углеводорода в плазма-поверхность эксперименте на установке ГОЛ-3 • Регистрация излучения • 2D фотография через интерференционный фильтр поток плазмы • Регистрация излучения • Обзорный спектрометр; • Высокоразрешающий спектрометр с пространственным и временным разрешением

  9. Обзорный спектр вблизи поверхности мишени Dg Da Db, 1.2 Вт/см2

  10. Обзорные спектры вблизи поверхности мишени ГОЛ-3 и JET Identication of Molecular Carbon Sources in the JET Divertor by Means of Emission Spectroscopy Intensity, 1015 ph·s-1cm-1

  11. Излучение C2 Swan band (Dn = -1) ГОЛ-3 Получено спектрометром СП-41 при изучении поверхностной плазмы при инжекции твердотельной углеродной крупинки

  12. Энергетические уровни и колебательный спектр молекулы Dn B - вращательная постоянная vиJ - колеб. и вращательное квантовые числа

  13. Вращательная тонкая структура - появление полос P - ветвь: ΔJ = -1 R - ветвь: ΔJ = +1 Q - ветвь: ΔJ = 0 Спектральные диапазоны разных молекулярных переходов

  14. Излучение C2 Swan band (Dn = -1) ГОЛ-3 Получено спектрометром СП-41 при изучении поверхностной плазмы при инжекции твердотельной углеродной крупинки

  15. Схема диссоциации легких углеводородов вблизи приемника пучка в ГОЛ-3 CDm C2Dn Cn Образуются на поверхности CD C2 ... ... Фракции C+ Swan band 507 – 516 нм Gero band 429-431 нм 388-390 нм Регистрируемое излучение Линии

  16. Измерение двумерного распределения излучения выбранной спектральной линии объект плоский фронт CCD камера телескоп объектив Интерференционный фильтр

  17. Swan Dn=0 молекулы C2 и спектральный интервал, выделяемый фильтром для 2D-imaging CII CII CII Пропускание фильтра C2

  18. Фотография приемника плазмы плазма Мишень, МПГ6

  19. Эволюция излучения C2 от номера выстрела за серию экспериментов (за один день) Вт/см2 Вт/см2 PL7484, №1 PL7486, №3 PL7488, №5 PL7485, №2 PL7490, №1 PL7492 , №3 PL7494 , №5 PL7491, №2

  20. Радикал CD (TEXTOR): наложение линий D2: Fulcher band 3D 1П - 2P 1Σ

  21. Излучение CD радикала (ГОЛ-3) CD

  22. Схема диссоциации легких углеводородов вблизи приемника пучка в ГОЛ-3 CDm C2Dn Cn Образуются на поверхности 1050 0.5 5 CD C2 ... ... Фракции C+ S=1.7·10-11см3/с 658.1 нм Swan band 507 – 516 нм Gero band 429-431 нм 388-390 нм Регистрируемое излучение Линии

  23. Эксперименты по изучению воздействия потоков плазмы на поверхность • Поток углерода с поверхности мишени, связанный с химической эрозией, считая источником C2и CH являются молекулы этановой группы - • CD (428-432 нм) : ФС = ≈ 4·1018 см-2·с-1 • C2 (507-516 нм): ФС ≈ 3·1018 см-2·с-1 • D – скорость диссоциации молекулы, • X – скорость возбуждения оптического перехода, • B – коэффициент ветвления, • hv – энергия перехода. • Полный поток эмитируемого с поверхности углерода - • CII (658.1 нм): ФС = ≈ 4·1020 см-2·с-1 • NC – концентрация атомов углерода, • SCII – излучательная способность оптического перехода, • VT – тепловая скорость углерода. • Эта величина соответствует глубине эрозии 0.01 мкм за выстрел. • Полная величина химической эрозии графита соответствует 1% глубины разрушения графитового плазмоприемника.

  24. Выводы • Зарегистрированы молекулярные спектры C2 и CD. • Определены потоки углеводородов с поверхности плазмоприемника. • Облучение графитового приемника потоком плазмы с плотностью энергии 2.5 МДж/м2 не приводит к существенной модификации поверхности. • Химическая эрозия мала по сравнению с физической эрозией поверхности, составляющей 0.01 мкм за выстрел.

  25. Спасибо за внимание

  26. Спектры С2 на JET (красным)и ГОЛ-3 (зеленый) GOL-3 JET

  27. Determination of destruction threshold Budker INP The comparison of the depth dependence of the energy deposition with the graphite erosion observed in similar shots gives the graphite destruction threshold of 8-10 kJ/g. This value is much less than the vaporisation enthalpy. The high erosion observed at the interaction of powerful hot electron stream with targets cannot be explained by evaporation of target material. The phenomenon of the explosive erosion can be explained by volumetric heating and phase transitions inside the material.

  28. Свойства графита МПГ-6 Давление насыщенных паров и скорость испарения графита мм/час 10 1 0,01 10-4 C, C2, C3 10-6

  29. Молекула С2: Swan band: A 3Пg - X 3Пg, 4500 - 6200 A Identication of Molecular Carbon Sources in the JET Divertor by Means of Emission Spectroscopy S.Brezinsek, A.Pospieszczyk, M.F.Stamp, … 2004

  30. Радикал CD: Gero band: A 2Δ - X 2П Особенности: наложение примесей, рядом линия С2 Deslandres - d’Azambuja band

  31. Возможности спектроскопии для исследования процессов химической эрозии при облучении плазмой материалов: Поток атомов Интенсивность линии = S/XB - inverse photon efficiency (количество актов ионизации на фотон) Для молекул: добавляется диссоциация и т.д. Для неполного спектра перехода:

  32. Эволюция излучения CD радикала в диапазоне 388-390 нм от номера выстрела за серию экспериментов CD

  33. Схема диссоциации легких углеводородов вблизи приемника пучка в ГОЛ-3 CDm C2Dn Cn Образуются на поверхности CD C2 ... ... Фракции C+ Swan band 507 – 516 нм Gero band 429-431 нм 388-390 нм Регистрируемое излучение Линии

More Related