REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Življenjski čas notranjih sten v fuzijskih reaktorjih omejuje intenzivna interakcija s plazmo.
Pri tem sta še posebej pomembna procesa erozije in zadrževanja snovi iz plazme. Erozijo
povzročajo ioni iz plazme s trki v steno, ki imajo energijo nekaj keV. Dosedanje študije
so pokazale, da na razprševanje vplivata tako vpadni kot ionov iz plazme kot tudi povr
šinska hrapavost. Žal so le nekaj študij razprševanja izvedli v fizikalnih razmerah, ki
vladajo znotraj tokamakov. Da bi se poglobljeno posvetili procesu erozije v tokamakih,
smo na Institutu ”Jožef Stefan” zgradili nizkoenergijsko ionsko razprševalno napravo LEISA
(Low Energy Ion Sputtering Apparatus). V tej napravi lahko dosežemo ionske tokove
do 8 × 10[SUP]18 m−2s−1 in energijo do 5 keV. Za študij kotne odvisnosti razprševalnega koeficienta
lahko v aparaturi LEISA vrtimo vzorce z vpadnimi koti med 0◦ in 90◦. Kot vzorce smo
uporabili grafitne ploščice s površinskimi hrapavostmi od Ra 5 nm do Ra ≈ 2-3 µm, ki smo
jih pokrili s 115 nm debelo plastjo molibdena ter jih izpostavili devterijevim ionom z energijo
1 keV. Vzorce smo izpostavili ionskim dozam od 0,89 do 3, 19×1023 1/m2 pri vpadnih
kotih 0◦, 40◦, 60◦ in 70◦. Hrapavost površin smo izmerili z mikroskopom na atomsko silo,
konfokalnim laserskim mikroskopom in elektronskim vrstičnim mikroskopom. Debelino
plasti molibdena smo izmerili s spektrometrijo povratno sipanih ionov (angl. Rutherford
Backscattering Spectrometry, RBS). To nam je omogočilo izračun razprševalnih koeficientov
za vse kombinacije površin in vpadnih kotov. Opazili smo močan vpliv hrapavosti na
razprševanje. Pri majhnih vpadnih kotih smo opazili porast razprševanja z večanjem povr-
šinske hrapavosti. Pri večjih vpadnih kotih smo opazili nasprotno zvezo: velika površinska
hrapavost je povzročila manjše razprševanje.
Vzorce enake strukture smo nadalje izpostavili plazmi v divertorskem delu fuzijske
naprave ASDEX Upgrade (AUG), kjer smo uporabili manipulator DIM-II. Vzorci so bili
izpostavljeni osmim razelektritvam devterijeve plazme s trajanjem po 6 sekund. Primerjava
rezultatov iz naprav AUG in LEISA kaže na kvalitativno ujemanje opisanih pojavov. Tudi
pri vzorcih iz naprave AUG smo namreč opazili manjšo erozijo na bolj hrapavih vzorcih
pri velikih vpadnih kotih. Rezultate iz naprave LEISA smo primerjali s simulacijami,
opravljenimi s programom SDTrimSP 3D, ki temelji na metodi Monte Carlo. Kot vhodni
parameter lahko podamo meritve površinske strukture. S takim pristopom so uspeli dobiti
dobro ujemanje med izračunanimi in izmerjenimi vrednostmi razpševalnega koeficienta za
molibden.
Posvetili smo se tudi študiju vpliva površinske hrapavosti na zadrževanje nečistoč in
fuzijskega goriva. Raziskava je bila izvedena na hrapavih vzorcih, izpostavljenih v napravi
AUG. Za analizo smo uporabili fokusiran mikrožarek in metodi PIXE ter NRA. Rezultati
so pokazali intenzivnejše zadrževanje na bolj hrapavih vzorcih.
Procesa erozije in zadrževanja sta najpomembnejša pri oceni življenjske dobe notranjih
sten fuzijskih reaktorjev. Pokazali smo, da je intenzivnost obeh procesov močno odvisna
od površinske hrapavosti. Ugotovitve so pomembne pri določanju optimalnih površin
segmentov za notranje stene fuzijskih reaktorjev.