Plasma-surface interaction during iter transient events: simulation with QSPA Kh-50 AND GOL-3 facilities

The paper presents experimental investigations of plasma-surface interaction (PSI) and materials behavior under plasma loads relevant to giant ELMs in ITER. The experiments were performed with QSPA Kh-50 and GOL-3 devices located in Kharkov, (Ukraine) and Novosibirsk (Russia) respectively. QSPA provided repetitive plasma pulses of the duration of 0.25 ms and the energy density up to 2.5 MJ/m². In GOL-3 multimirror trap the impacting plasma was heated up to 2…4 keV temperature by a high power relativistic electron beam (0.8 MeV, ~30 kA, ~12 µs, ~120 kJ). Surface morphology of the targets exposed to QSPA and GOL-3 plasma is analyzed. Development of cracking on the tungsten surface and droplets splashing are discussed.Представлені результати досліджень взаємодії плазми з поверхнею й поведінки матеріалів при плазмових навантаженнях, відповідних граничним локалізованим модам в ІТЕРі. Експерименти проводились на установках КСПП Х-50 (Харків) й ГОЛ-3 (Новосибірськ). Опромінення на КСПП проводилось повторюваними імпульсами тривалістю 0,25 мс та густиною енергії до 2,5 МДж/м². У гофрованій багатопробочній пастці ГОЛ-3 плазма, яка взаємодіє з матеріалами, нагрівалась до температури 2…4 кеВ потужним релятивістським електронним пучком (0.8 MеВ, ~30 кA, ~12 мкс, ~120 кДж). Аналізується морфологія поверхні мішеней, що опромінені на КСПП та ГОЛ-3. Обговорюється розвиток тріщин й крапельна ерозія вольфраму.Представлены результаты исследований взаимодействия плазмы с поверхностью и поведения материалов при плазменных нагрузках, соответствующих граничным локализованным модам в ИТЭРе. Эксперименты проводились на установках КСПУ Х-50 (Харьков) и ГОЛ-3 (Новосибирск). Облучение на КСПУ проводилось повторяющимися импульсами длительностью 0,25 мс и плотностью энергии до 2,5 МДж/м². В гофрированной многопробочной ловушке ГОЛ-3 взаимодействующая с материалами плазма нагревалась до температуры 2…4 кэВ мощным релятивистским электронным пучком (0.8 MэВ, ~30 кA, ~12 мкс, ~120 кДж). Анализируется морфология поверхности мишеней, облученных на КСПУ и ГОЛ-3. Обсуждается развитие трещин и капельная эрозия вольфрама

Stability of thin quasi-crystalline Ti-Zr-Ni films and related crystalline phases under low-energy transient plasma irradiation

The properties of Ti41Zr38.3Ni20.7 thin films under radiation-thermal action of hydrogen plasma with a surface heat load of 0.2 MJ/m² was studied at the QSPA Kh-50 quasi-stationary plasma accelerator (NSC KIPT). The phase composition, structural state, and surface morphology were studied using X-ray diffraction and scanning electron microscopy. It was found that the quasicrystalline phase and related crystalline phases, the Laves phase, the α-solid solution, and the 2/1 phase of the Ti-Zr-Ni approximant crystal were stable under irradiation with up to 20 hydrogen plasma pulses. The phase composition did not change. It is shown that the changes in the coatings mainly manifest themselves as changes in the substructure of the observed phases. With an increase in the plasma exposure dose, the structure of the quasicrystalline icosahedral phase improves, and the size of the coherence regions increases. In the films consisting of crystalline phases, a partial phase transformation is observed with a redistribution of components between the 2/1 phase of the approximant crystal and the α-solid solution phase. It was found that thin films of the Ti-Zr-Ni system containing a quasicrystalline icosahedral phase, irradiated with radiation-thermal plasma pulses, are less prone to cracking than coatings with crystalline phases of the same system.На квазістаціонарному плазмовому прискорювачі КСПП Х-50 (ННЦ ХФТІ) досліджено характеристики тонких плівок Ti41Zr38.3Ni20.7 при радіаційно-термічному впливі водневої плазми з тепловим навантаженням на поверхню 0,2 МДж/м². Фазовий склад, структурний стан та морфологія поверхні були досліджені методами рентгенівської дифракції та скануючої електронної мікроскопії. Встановлено, що квазікрісталічна фаза, а також споріднені з нею кристалічні фази: фаза Лавеса, α-твердий розчин і фаза 2/1 кристала-апроксиманта Ti-Zr-Ni-системи виявилися стійкими при опроміненні до 20 імпульсів водневої плазми. Фазовий склад якісно не змінюється. Показано, що зміни, які відбуваються в покриттях, в основному проявляються як зміни в субструктурі спостережуваних фаз. Структура квазікристалічної ікосаедричної фази з накопиченням імпульсів впливу вдосконалюється, і розмір областей когерентності збільшується. У плівках, що складаються з кристалічних фаз, спостерігається часткове фазове перетворення з перерозподілом компонентів між фазою 2/1 кристала-апроксиманта і фазою α-твердого розчину. Встановлено, що тонкі плівки Ti-Zr-Ni-системи, що містять квазікристалічну ікосаедричну фазу, при радіаційно-термічних навантаженнях у сумі 20 імпульсами менш схильні до утворення тріщин, ніж покриття з кристалічними фазами тієї ж системи

Behavior of the Ti-Zr-Ni thin film containing quasicrystalline and approximant phases under radiative-thermal action in transition modes

X-ray diffraction and SEM microscopy were used to study the structural and phase changes in a thin film obtained by magnetron sputtering of a Ti52Zr30Ni18 target (at.%) on a steel substrate under the radiation-thermal influence of pulsed hydrogen plasma on an QSPA Kh-50 accelerator. A technique has been worked out for the formation of the quasicrystalline and crystal-approximant phases as a result of high-speed quenching using pulsed action with a heat load of 0.6 MJ/m². The changes in the contents of these phases as well as in their structure and substructure parameters were studied during isothermal vacuum annealing at a temperature of 550 ℃ and also as a result of irradiation with 5 plasma pulses in the range of heat load from 0.1 to 0.4 MJ/m². The quasicrystalline phase was found to be resistant to irradiation with hydrogen plasma.Методами рентгенівської дифракції та СЄМ вивчені структурні і фазові зміни в тонкій плівці, отриманої магнетронним розпиленням мішені складу Ti52Zr30Ni18 (ат.%) на підкладці зі сталі, при радіаційнотермічному впливі імпульсної водневої плазми на прискорювачі КСПП Х-50. Відпрацьована методика формування квазікристалічної фази і фази кристала-апроксиманта в результаті швидкісного загартування за допомогою імпульсного впливу з тепловим навантаженням 0,6 MДж/м². Вивчено зміну параметрів структури і субструктури, а також вмісту зазначених фаз при ізотермічному вакуумному відпалі при температурі 550 ℃, а також в результаті опромінення 5 імпульсами плазми в інтервалі теплового навантаження від 0,1 до 0,4 МДж/м². Квазікристалічна фаза виявилася стійкою до опромінення водневою плазмою.Методами рентгеновской дифракции и СЭМ изучены структурные и фазовые изменения в тонкой пленке, полученной магнетронным распылением мишени состава Ti52Zr30Ni18 (ат.%) на подложке из стали, при радиационно-термическом воздействии импульсной водородной плазмы на ускорителе КСПУ Х-50. Отработана методика формирования квазикристаллической фазы и фазы кристалла-аппроксиманта в результате скоростной закалки с помощью импульсного воздействия с тепловой нагрузкой 0,6 MДж/м². Изучены изменение параметров структуры и субструктуры, а также содержания указанных фаз при изотермическом вакуумном отжиге при температуре 550 ℃, а также в результате облучения 5 импульсами плазмы в интервале тепловой нагрузки 0,1…0,4 МДж/м². Квазикристаллическая фаза оказалась устойчивой к облучению водородной плазмой

Combined exposures of tungsten by stationary and transient hydrogen plasma heat loads: preliminary results

Influence of combined hydrogen plasma exposures on tungsten behavior was studied in QSPA Kh-50 facility and steady-state ion beam system FALCON. Pulsed plasma loads (0.45 MJ/m²) were below the tungsten melting threshold. The influence of addition steady-state heat flux (of 0.43 MW/m² during 900 s) on development of surface damage in tungsten targets was studied. Evolution of residual stresses and lattice spacing were investigated. For combined irradiation faster relaxation of residual stresses occurred. The damage of exposed surface was caused by physical spattering and cracks appearing.Влияние комбинированных водородных плазменных экспозиций на поведение вольфрама изучено в КСПУ Х-50 и ионно-лучевой системе FALCON. Импульсные нагрузки (0.45 MДж/м²) были ниже порога плавления вольфрама. Было изучено влияние дополнительных стационарных тепловых нагрузок (0,43 MВт/м² в течение 900 с) на развитие поверхностных повреждений в вольфрамовых образцах. Развитие остаточных напряжений и параметра решетки было изучено для различных видов плазменного облучения. При комбинированном облучении зарегистрирована быстрая релаксация остаточных напряжений. Повреждения облученных поверхностей обусловлены физическим распылением и появлением трещин.Вплив комбінованих водневих плазмових експозицій на поведінку вольфраму вивчено в КСПП Х-50 и іонно-променевій системі FALCON. Імпульсні навантаження (0.45 MДж/м²) були нижче порогу плавлення вольфраму. Було вивчено вплив додаткових стаціонарних теплових навантажень (0,43 MВт/м² протягом 900 с) на розвиток поверхневих пошкоджень у вольфрамових зразках. Розвиток залишкових напружень і параметра решітки було вивчено для різних видів плазмового опромінення. При комбінованому опроміненні зареєстровано швидку релаксацію залишкових напружень. Пошкодження опромінених поверхонь обумовлені фізичним розпорошенням і появою тріщин

Устойчивое развитие горных территорий Кавказа

Монография подготовлена коллективом авторов по материалам Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Устойчивое развитие горных территорий: история и предпосылки оптимизации природопользования», состоявшейся в г. Грозный 18-22 сентября 2018 г. В коллективной монографии, состоящей из 4-х частей, рассматривается широкий круг вопросов по проблемам устойчивого развития горных территорий Кавказа. В первой части монографии представлены материалы по экзогенным процессам и климату горных территорий, во второй части опубликованы материалы по геоэкологии и природопользованию в условиях горных территорий. Третья часть монографии посвящена социально-экономическим и правовым аспектам устойчивого развития горных территорий. В заключительной четвертой части рассмотрены история исследований и международные аспекты освоения горных территорий. Коллективная монография представляет интерес для широкого круга научных сотрудников и специалистов. Монография может быть использована в учебном процессе студентами, аспирантами и преподавателями университетов. Материалы публикуются в авторской редакции