Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Выбор бериллиевой облицовки первой стенки экспериментального термоядерного реактора 11
1.1. Особенности условий эксплуатации бериллия в качестве облицовки первой стенки ИТЭР 11
1.2. Сравнительные исследования термопрочности бериллия 13
1.3. Стойкость к термоудару 15
1.4. Влияние нейтронного облучения 29
1.5. Внутриреакторные термоциклические испытания 32
Глава 2 Разработка и исследование технологии присоединения бериллиевой облицовки к теплоотводящей панели 37
2.1. Обзор технологий получения биметаллического соединения бериллий-медный сплав 37
2.2. Испытания соединений бериллия с медным сплавом, полученных с помощью традиционных отечественных технологий 52
2.3. Разработка и исследование технологии быстрой пайки бериллиевой облицовки 57
Глава 3 Разработка и апробация технологии изготовления биметаллической (сталь-бронза) теплоотводящей панели 71
3.1. Получение соединения сталь-бронза методом вакуумной наплавки 72
3.2. Металлография зоны соединения . 76
3.3. Исследование механических свойств 79
3.4. Исследование размеров зерна наплавленной бронзы CuCrZr 85
3.5. Исследование теплопроводности наплавленной бронзы CuCrZr в интервале температур 20-450 С 89
3.6. Исследования механических свойств под действием нейтронного облучения 91
3.7. Сравнительные исследования термической прочности наплавленной бронзы CuCrZr 95
3.8. Работоспособность соединения сталь-бронза в области криогенных температур 97
Глава 4 Изготовление и испытания элемента многослойной первой стенки с бериллиевой облицовкой 98
4.1. Изготовление элемента первой стенки с бериллиевой облицовкой 98
4.2. Контроль качества изготовления с помощью рентгеновского интроскопа 103
4.3. Испытания элемента первой стенки с бериллиевой облицовкой 104
Заключение 106
Список литературы 109
- Сравнительные исследования термопрочности бериллия
- Испытания соединений бериллия с медным сплавом, полученных с помощью традиционных отечественных технологий
- Исследование теплопроводности наплавленной бронзы CuCrZr в интервале температур 20-450 С
- Контроль качества изготовления с помощью рентгеновского интроскопа
Введение к работе
Работы по созданию термоядерных энергетических установок — одно из
перспективных направлений будущего развития энергетики. В настоящее
время наиболее значимым проектом в этой области является работа по
созданию Международного Термоядерного Экспериментального Реактора
(ИТЭР). О важности и значимости инженерных аспектов на пути создания
термоядерных реакторов свидетельствуют регулярные российские и
международные конференции, а также регулярные за последнее
десятилетие целевые научно-исследовательские программы,
сформулированные в документах российского правительства:
- Федеральная целевая программа «Международный термоядерный
реактор ИТЭР» на 2002-2005 годы (постановление Правительства РФ
№ 604 от 21 августа 2001г.).
Федеральная целевая научно-техническая программа «Международный термоядерный реактор ИТЭР и научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в его поддержку» на 1999-2001 годы (постановление Правительства РФ № 1417 от 1 декабря 1998г.).
Федеральная целевая научно-техническая программа «Международный термоядерный реактор ИТЭР и научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в его поддержку» на 1996-1998 годы (постановление Правительства РФ № 1119 от 19 сентября 1996г.)
Дальнейший прогресс в развитии и, особенно, в техническом воплощении идей управляемого термоядерного синтеза во многом зависит от успехов в области разработки новых материалов и технологий, позволяющих реализовать современные конструкторские решения. Одной из подобных проблем, требующей как правильного и обоснованного выбора
материалов, так и создания новых технологий, позволяющих реализовать достоинства выбранных материалов, является конструирование первой стенки реактора ИТЭР [1, 2, 3].
Первая стенка ИТЭР
Находящаяся в непосредственной близости с плазмой на поверхности более 700 квадратных метров, первая стенка подвергается воздействию термоядерной плазмы с одной стороны, а с другой стороны - воздействию теплоносителя, что и обуславливает необходимость создания многослойной конструкции, каждый из слоев в которой выполняет свою собственную функцию и, следовательно, подчиняется собственным критериям, предъявляемым к материалу [4, 5].
-3_
С этой точки зрения, обоснованный выбор материалов, создание технологий их соединения и, наконец, проверка работоспособности одной из важнейших внутрикамерных компонент ИТЭР - многослойной первой стенки, является актуальной проблемой, решение которой составляет одно из необходимых условий продвижения к строительству первого термоядерного реактора.
Цели работы
Целью диссертационной работы является разработка и экспериментальная апробация многослойной первой стенки экспериментального термоядерного реактора ИТЭР. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:
о Сформулировать критерии отбора и на основе предварительного анализа свойств отечественных сортов бериллия провести селекцию кандидатных материалов для облицовки первой стенки ИТЭР, провести необходимые исследования и обосновать работоспособность выбранных материалов.
о Разработать и исследовать технологию соединения бериллиевой облицовки с теплоотводящей структурой первой стенки, отвечающую специфическим условиям работы реактора.
о Разработать, реализовать и апробировать технологию изготовления биметаллической (сталь-бронза) теплоотводящей панели, изучить пределы ее применимости.
о Продемонстрировать работоспособность предложенных
конструкторских решений и промышленную адаптируемость разработанной технологической цепочки на примере изготовления и испытаний фрагмента активно охлаждаемой первой стенки с бериллиевой облицовкой для реактора ИТЭР.
Научная новизна
В настоящей диссертации впервые выполнены следующие работы:
Исследованы особенности поведения бериллия различных марок под
воздействием поверхностного термического удара и
термоциклирования. Показано, что в режиме термического удара,
характерного для срывов тока плазмы в токамаке при плотности
тепловой нагрузки (3-8) МДж/м и длительности воздействия от 1 до 5
мс, не удается избежать растрескивания материала, связанного с
оплавлением поверхности, однако, при последующем
термоциклировании поведение трещин у лучших отечественных сортов бериллия не приводит к потере целостности и теплоотводящей способности пластин, используемых в качестве облицовки.
в Исследованы факторы, ограничивающие работоспособность
соединения бериллиевой облицовки с бронзовой теплоотводящей
панелью в режиме термоциклической нагрузки. Обнаружена
зависимость долговечности соединения от толщины
интерметаллидного слоя, образующегося на границе соединения бериллия с медным сплавом.
о Экспериментально показано, что во время пайки бериллия с
содержащими медь сплавами при скорости нагрева (1-1,5) град/с и при
использовании быстрозакаленных припоев образуется
интерметаллидный слой, толщина которого составляет лишь (1-1,5) мкм, что много меньше, чем при обычно принятых «малых» скоростях нагрева. Это обстоятельство позволяет достичь рекордных показателей
работоспособности паяных соединений при термоциклических испытаниях.
о Показано, что вакуумная наплавка хромциркониевой бронзы CuCrZr на нержавеющую сталь, нагретую до температуры, превышающей температуру плавления меди, при направленном режиме кристаллизации наплавленного слоя позволяет получить надежное герметичное соединение, которое имеет высокие прочностные свойства и обеспечивает надежный тепловой контакт между металлом и сплавом даже при циклическом режиме работы с плотностью теплового потока до 8 МВт/м и условиях нейтронного облучения.
Основные положения, выносимые на защиту
о Обоснование и выбор отечественных марок бериллия в качестве кандидатных материалов для облицовки первой стенки ИТЭР.
о Результаты исследований работоспособности соединения бериллиевой облицовки с тешюотводящей панелью при циклических тепловых нагрузках, характерных для термоядерного реактора. Зависимость долговечности соединения от толщины интерметаллидного слоя, образующегося на границе соединения бериллия с медью.
о Обоснование, разработка и результаты исследований реализуемой в промышленном масштабе технологии быстрой пайки бериллиевой облицовки с тешюотводящей панелью из дисперсионно-твердеющего (CuCrZr) и дисперсно-упрочняемого (Си-А1203) медного сплава.
о Разработка технологии соединения бронзы с нержавеющей сталью методом вакуумной наплавки, результаты исследования эксплуатационных характеристик полученного соединения, исследование изменений структуры и физико-механических свойств соединения под действием нейтронного облучения и оценка пределов применимости данного метода.
о Результаты макетирования и испытаний фрагмента первой стенки реактора ИТЭР с бериллиевой облицовкой
Достоверность результатов, представленных в диссертационной работе, обеспечивается использованием современных методик исследования (лазерная профилометрия, растровая электронная микроскопия, рентгеноструктурный анализ и др.), подтверждается результатами независимых экспериментальных исследований в других
лабораториях (JAERI, Япония; FZ Juelich, Германия и др.). Основные результаты работы систематически докладывались на технических совещаниях ИТЭР, прошли соответствующую международную экспертизу и включены в базы данных и опубликованные документы инженерного проекта ИТЭР.
Практическая ценность работы
о Сделан обоснованный выбор бериллия отечественных марок для облицовки первой стенки ИТЭР и предложен рабочей группе ИТЭР. По результатам исследований и сравнительных испытаний с зарубежными материалами отечественный бериллий ДШГ-200, наряду с американским бериллием S-65C, принят в качестве облицовки первой стенки экспериментального реактора ИТЭР.
о Разработана, реализована и испытана пригодная для промышленной реализации технология быстрой пайки бериллиевой облицовки с теплоотводящей панелью из дисперсионно-твердеющего (CuCrZr) и дисперсно-упрочняемого (Си-А12Оз) медного сплава, совместимая со специфическими условиями работы в реакторе. По результатам испытаний данная технология выбрана в качестве кандидатной для изготовления первой стенки ИТЭР.
о Результаты исследования пределов применимости соединений «бериллий-медь», полученных методом быстрой пайки, дают основания предлагать данную технологию для изготовлении и других обращенных к плазме компонент ИТЭР (в частности, порт-лимитера), а также использовать при создании энергонагруженных бериллиевых мишеней (например, для источника нейтронов).
о Разработана и успешно апробирована технология соединения «медный сплав-нержавеющая сталь» методом вакуумной наплавки, которая существенно дешевле альтернативных технологий, применяемых при создании аналогичных устройств, и, кроме того, может быть использована при изготовлении теплоотводящих панелей более сложной формы как в ИТЭР (например, порт-лимитер, лайнер и «дом» в диверторе), так и в других электрофизических установках, работающих в том числе и в области криогенных температур.
о Разработка и успешные испытания фрагмента первой стенки
термоядерного реактора ИТЭР продемонстрировали адекватность
конструкторских решений поставленным задачам, а также
отечественные возможности производства элементов
электрофизических устройств подобного класса и обоснованность претензий России на изготовление панелей первой стенки реактора ИТЭРа
Совокупность выполненных исследований является решением комплексной научно-технической задачи «Создание многослойной первой стенки с бериллиевой облицовкой для экспериментального термоядерного реактора», вносящей существенный вклад в развитие термоядерной энергетики на фазе строительства экспериментальных установок.
Сравнительные исследования термопрочности бериллия
Одной из проблем, связанных с использованием бериллия в качестве облицовки разрядной камеры токамака, является возможность растрескивания бериллиевой облицовки вследствие термонапряжений, возникающих в материале под воздействием мощных тепловых потоков. Подобное растрескивание в бериллии, малопластичном материале с высоким модулем упругости, работающем в условиях нейтронного облучения, может приводить к распространению трещин, что в общем случае приводит к увеличению эрозии и опасности возникновения аварийных ситуаций.
Одним из первых исследований термической прочности бериллия явился сравнительный эксперимент, организованный Ватсоном (SNL, США) совместно с российской стороной[17, 18]. В данном эксперименте образцы отечественного и зарубежного бериллия различных марок, в том числе и рассматриваемые в диссертационной работе, были подвергнуты циклическому нагреву мощным тепловым потоком плотностью около 250 МВт/м2 с частотой 1 Гц. Образцы представляющие собой плитки размером (25x25x5) мм , обращенные к сканирующему пучку торцевыми сторонами (рис. 1.1.). Время сканирования каждого образца в эксперименте составляло порядка 6x10 с, что приводило к изменению температуры каждого образца в поверхностном ( 2 мм) слое от 20 до 750 С при каждом проходе электронного луча. Был организован визуальный контроль всех образцов, фиксирующий после очередных 100 циклов теплового нагружения появление новых трещин и их глубину. Результаты проведенных ускоренных сравнительных термоциклических испытаний, фиксирующие количество циклов до появления трещины в каждом испытанном материале и глубину самой трещины, приведены на рис. 1.2.
Наилучшими с точки зрения термопрочности свойствами обладают материалы, находящиеся в левом верхнем углу таблицы результатов. При этом следует отметить, что материал ДШГ-200, показавший один из лучших результатов в данных испытаниях — анизотропный. В эксперименте использовались образцы бериллия ДШГ-200, вырезанные в направлении — не оптимальном с точки зрения сопротивления падающему тепловому потоку. Тем не менее, материал/ЦПГ-200 показал очень высокую термопрочность.
Анализируя результаты этих ускоренных сравнительных испытаний, можно сделать вывод о высокой термопрочности отечественных сортов бериллия, а также их конкурентоспособности (в особенности, ДШГ-200).с зарубежными образцами
Для исследования стойкости бериллия к термическому удару выбранные отечественные материалы были испытаны при тепловых нагрузках, ожидаемых при срыве тока плазмы. Имитация тепловых нагрузок осуществлялась с помощью электронного пучка на стенде JUDITH, Германия [19-22]. Материалы (ДШГ-200, ТР-30, ТШГ-56 и американский S-65, для сравнения) подвергались импульсному воздействию теплового потока плотностью (3-8) МДж/м , время импульса варьировалось от 1 до 5 мс. Подобные нагрузки приводят к частичному оплавлению поверхности бериллия и зарождению трещин в приповерхностном слое.
В экспериментах испытывались следующие отечественные марки бериллия: ДШГ-200, ТШГ-56, ТР-30 В испытании использовались квадратные образцы двух размеров
Испытания соединений бериллия с медным сплавом, полученных с помощью традиционных отечественных технологий
На первом этапе исследований была оценена возможность использования технологий и накопленного опыта, имевшихся в отечественной промышленности (НПО «Луч», ВНИИНМ им. А. А. Бочвара, АО «Институт бериллия», ЦНИИ КМ «Прометей») [22]. Критерием отбора для последующих исследований являлись: о Недопустимость загрязнения , плазмы (в частности, запрещение использования серебра, трансмутирующего под облучением в кадмий) о Демонстрация возможностей получения биметаллических пластин размером не менее 100 х 100 мм (а не только единичных лабораторных образцов) о Механическая прочность на отрыв или сдвиг не ниже 50-70 МПа.
В таблице 2.2. приведены результаты всех проведенных механических испытаний соединений бериллий-медный сплав, изготовленным по существующим отечественным технологиям. Соединения, полученные пайкой традиционным серебряным припоем включены в таблицу для сравнения. Критерием отбора образцов соединений для последующих термоциклических испытаний в условиях, адекватных ИТЭР, являлись сплошность соединения по всей площади соединяемых поверхностей и приемлемая (не ниже 50н-70 МПа) механическая прочность на отрыв или сдвиг. По результатам измерений механической прочности, для продолжения исследований были отобраны образцы, полученные диффузионной сваркой, совместной прокаткой и пайкой бессеребряными припоями.
Для испытаний были изготовлены более 20 идентичных образцов с использованием всех отобранных технологий (рис. 2.4.).
Циклическая тепловая нагрузка на поверхности бериллия имитировалась на ускорителе электронов «ЦЕФЕИ-М» (НИИЭФА им. Д.В. Ефремова), а медная часть образца помещалась на активноохлаждаемую теплоотводящую подложку, обеспечивая тем самым, в бериллии температурный градиент от поверхности к медной подложке. Результаты испытаний всех образцов суммированы на рис. 2.5.
Общий итог проведенных испытаний: ВСЕ испытанные образцы соединений при увеличении плотности теплового потока до (2-3,5) МВт/м2 разрушились уже после нескольких десятков циклов теплового нагружения. Металлографический анализ разрушенных образцов показал, что, независимо от технологии изготовления, ВСЕ испытанные образцы разрушились из-за появления трещин в зоне хрупких интерметаллидов с последующим отслоением бериллиевой облицовки. Следует отметить, что и при испытаниях на отрыв или сдвиг разрушение образцов происходило в хрупкой интерметаллидной зоне, которая, обеспечивая среднестатистическую прочность (70-100) МПа, не способна выдерживать циклические нагрузки.
Толщина хрупкой интерметаллидной зоны в процессе формирования соединения бериллия с медным сплавом пропорциональна температуре и времени взаимодействия при данной температуре [45-49]. С целью минимизации упомянутых факторов был разработан метод, изготовлена оснастка и осуществлен быстрый нагрев электронным пучком, позволивший обеспечить скорость нагрева порядка (1-2) град/с. Достоинства быстрого нагрева до заданной температуры могут быть реализованы при условии минимизации времени самого процесса образования соединения. Для выполнения данного условия, совместно с специалистами компании МИФИ-АМЕТО, занимающейся изготовлением быстрозакаленных ленточных припоев, были разработаны, оптимизированы и экспериментально адаптированы для быстрого нагрева бессеребряные припои состава Cu-Sn-In-Ni и Cu-Ni-P-Sn. Данные припои СТЕМЕТ 1108, имеющий температуру пайки 780С и СТЕМЕТ 1101 с температурой пайки 700С, полученные быстрой закалкой из расплава, имеют аморфную или микрокристаллическую структуру с равномерным составом и однородным фазовым состоянием, обеспечивающим предельно узкий интервал плавления и кристаллизации. Это позволяет производить пайку при температурах (700-800) С в течение нескольких секунд, а в сочетании с быстрым нагревом электронным пучком дает возможность на порядок, по сравнению с традиционной пайкой, уменьшить время нахождения в области температур активного образования интерметаллидов. Следует отметить, что быстрый нагрев также позволяет сохранить высокие прочностные свойства дисперсионно-твердеющей бронзы (CuCrZr), чувствительной к повышенной температуре. В работе исследовались два медных сплава, рассматриваемых в ИТЭР в качестве кандидатных для теплоотводящей панели: дисперсионно-твердеющая бронза CuCrZr и дисперсно-упрочняемый сплав Си-А12Оз.
Основными направлениями исследований соединений бериллиевой облицовки с медным сплавом, получаемых быстрой пайкой, являлись: о Металлография области взаимодействия бериллия и медного сплава до и после нейтронного облучения, исследование ее фазового и элементного состава, оценка температурной стабильности зоны соединения Исследование механических свойств Работоспособность бериллиевой облицовки в условиях термоциклического нагружения и нейтронного флюенса, ожидаемых в ИТЭР
Исследование теплопроводности наплавленной бронзы CuCrZr в интервале температур 20-450 С
Высокая теплопроводность в интервале рабочих температур — одно из важнейших требований, предъявляемых материалу теплообменника. В данной работе методом лазерного нагрева проведены измерения величины теплопроводности наплавленной бронзы CuCrZr. Для измерений использовался метод лазерного нагрева[91] (метод Паркера), в котором лицевая сторона диска диаметром 10 мм и толщиной 5 мм нагревается коротким (1.3 мс) световым импульсом, а величина и время нарастания температуры обратной стороны диска фиксируется специальной термопарой. Полученная таким способом величина температуропроводности исследуемого материала а [м2с"!] позволяет определить теплопроводность из соотношения X - а х р х с где а - температуропроводность [MV1] "J р - плотность [кг м ] С — теплоемкость [Дж кг"1 К"1] Для исследований были выбраны три состояния бронзы CuCrZr: I. Бронза, полученная традиционным способом II. Наплавленная бронза CuCrZr с последующей термообработкой (Наплавка/Обработка на твердый раствор 980С, 1 час / Закалка в воду/ Старение 480С, 4 часа) III. Режим II с последующей имитацией нагрева при быстрой пайке бериллиевой облицовки (быстрый нагрев до 800 С, выдержка 10с) На рис. 3.10 представлены результаты измерений теплопроводности бронзы в интервале температур 20 — 450 С.
Результаты, приведенные в сравнении со свойствами бронзы, полученной традиционным способом, показывают, что даже после пайки бериллиевой облицовки теплопроводность наплавленной бронзы остается высокой (не менее 320-330 Вт/м К) в интервале ожидаемых в ИТЭР температур от 20 до 450 С. Для исследования изменения механических свойств под действием нейтронного облучения образцы соединения бронза - сталь, термообработанные после наплавки по режиму: обработка на твердый раствор 980С, 1 час/закалка в воду/старение 480С, 4 часа, были помещены в охлаждаемую ампулу (рис. 3.11.) и облучены в реакторе СМ-2 (г. Димитровград) при температуре 150-200 С до значений флюенса 3 х 1020 1/см2, вызывающего нейтронное повреждение в бронзе около 0,1 сна. Основные результаты испытаний на растяжение облученных образцов приведены на рис. 3. Следует отметить, что при испытании на растяжение все образцы (до и после облучения) разрушались только в бронзе, но ни разу — по границе бронза — сталь. Кривые растяжения образцов до и после облучения, показывают, что подобные дозы и температуры облучения не вызывают заметных изменений свойств материала по сравнению с исходными. Другая партия подобных образцов была облучена в Японии при температуре 150 С дозой до 0.3 сна.
Суммарные данные двух экспериментов, приведенные на рис. 3.13., демонстрируют повышение прочности медного сплава при облучении до 0.3 сна вследствие упрочнения с сохранением до 10% пластичности, необходимой для поддержания работоспособности бронзы в составе конструкции. Металлографические исследования зоны соединения бронза-сталь после облучения до значений флюенса нейтронов 3 х 10 1/см , проведенные в сравнении с подобной необлученной зоной, не выявили изменений в рассматриваемой области, не обнаружили появления пор, трещин или каких-либо дефектов (рис. 3.14.), Сравнительная металлография зоны соединения бронза-сталь до облучения (а) и после облучения до 0.1 сна при 180С (б). Другим фактом, подтверждающим надежность работы медно-стального соединения в условиях нейтронного облучения, являются результаты внутриреакторных термоциклических испытаний активноохлаждаемых макетов, приводимые в главах 1 и 2. Часть элементов внутриреакторной сборки (рис. 3.15.), в которых активноохлаждаемые соединения бронзы с нержавеющей сталью выполнены методом вакуумной наплавки, были интегрированы в контур водяного охлаждения реактора и успешно противостояли в условиях, температурных градиентов 1000 циклам теплового нагружения, не вызвав потери герметичности контура. Металлографические исследования зоны медно-стального соединения после облучения подтверждают отсутствие потери сплошности по границе сталь - бронза или возникновения каких-либо дефектов.
Контроль качества изготовления с помощью рентгеновского интроскопа
На первом этапе испытывалась бериллиевая облицовка. Макет был нагружен 5000 тепловыми циклами с плотностью теплового потока 1 МВт/м (при 0,5 МВт/м , ожидаемых в ИТЭР. Длительность теплового цикла нагрев/пауза выбиралась из условия достижения стационарного значения температуры поверхности бериллиевой облицовки и составила 12с/12с. Контроль температуры и равномерность ее распределения по поверхности бериллиевой облицовки осуществлялись с помощью тепловизора. Результаты показаний тепловизора на 1 и 5000 цикле испытаний практически идентичны (рис. 4.6.), а значение температуры поверхности бериллиевой облицовки (217-220 С) хорошо согласуется с расчетными данными (231 С), сделанными в предположении идеального теплового контакта как на границе бериллиевой облицовки с бронзой, так и по соединению бронза-трубки канала охлаждения. После 5000 тепловых циклов плотность теплового потока на облицовку была увеличена до 1.5 МВт/м ). Как и при потоке 1 МВт/м , показания тепловизора фиксировали стабильность температуры поверхности бериллиевой облицовки, что является подтверждением надежного функционирования теплового контакта как между бериллием и бронзой CuCrZr, так и на границе медного сплава с нержавеющим каналом водяного охлаждения.
С целью дополнительной проверки работоспособности теплоотводящей панели, изготовленной методом наплавки, необлицованная бериллием поверхность макета (рис. 4.7.) была нагружена 4000 тепловыми циклами с плотностью теплового потока, увеличивающейся от 4 до 8 МВт/м2. Никаких нарушений теплосъема во время испытаний отмечено не было.
На примере изготовления элемента первой стенки ИТЭР с бериллиевой облицовкой продемонстрирована возможность промышленного применения всех разработанных технологий, изложенных в главах 1-3, а также возможность контроля качества на промежуточных этапах изготовления о Результаты ресурсных испытаний элемента первой стенки показывают хорошее соответствие экспериментальных и расчетных данных, подтверждают работоспособность бериллиевой облицовки (более 5000 тепловых циклов при плотности теплового потока 1 МВт/м ) а также надежность теплового контакта бронза - сталь при циклическом режиме работы с плотностью теплового потока, до 8 МВт/м".
В результате выполненных работ и проведенных исследований получены следующие результаты: 1. Проведены исследования и сделан выбор ряда отечественных сортов бериллия, в том числе недорогих, успешно испытанных в режимах, ожидаемых в ИТЭР, при нормальных циклических нагрузках (более 5000 циклов при 1 МВт/м2), при срывах плазмы (до 7-8 МДж/м2, с длительностями от 1 до 5 мс), а также при термоциклировании в канале ядерного реактора (1000 тепловых циклов при плотности теплового потока 7,5 МВт/м , флюенс -2.5 10 1/см ). По результатам испытаний отечественный бериллий ДШГ-200, наряду с американским S-65C, рекомендован в качестве облицовки первой стенки реактора ИТЭР. 2. Обоснована, разработана и экспериментально апробирована принципиально новая технология быстрой пайки бериллия с теплоотводящей панелью из медного сплава, которая позволила достичь рекордных параметров теплового нагружения облицовки -тысячи циклов при плотности теплового потока более 10 МВт/м2, обеспечивает надежную работоспособность бериллиевой облицовки и позволяет сохранить прочностные свойства материала теплообменника на уровне, превышаемом 300 МПа. По результатам испытаний данная технология выбрана ИТЭР в качестве кандидатной при изготовлении первой стенки реактора. 3. Создана и испытана относительно дешевая альтернативная технология соединения материала теплоотводящей панели с нержавеющей опорной плитой методом вакуумной наплавки, позволяющая обеспечить надежное соединение с сохранением высоких (более 300 МПа) прочностных свойств бронзы CuCrZr. Изучены пределы применимости метода, показано сохранение пластичности бронзы (не менее 10%) после облучения дозой до 0.3 сна при температуре 150С, а также надежность теплового контакта бронза - сталь при циклическом режиме работы с плотностью теплового потока, до 8 МВт/м . Данная технология может быть использована при изготовлении теплоотводящих панелей сложной формы как в ИТЭР (порт-лимитер, лайнер и дом в диверторе), так и в других электрофизических установках, работающих в том числе и в области криогенных температур. 4. Разработана и апробирована полная технологическая цепочка по изготовлению и испытаниям охлаждаемой панели первой стенки реактора ИТЭР. На примере изготовления и проверки работоспособности (более 5000 тепловых циклов при плотности теплового потока 1 МВт/м) элемента первой стенки продемонстрированы возможности отечественной промышленности по созданию и проведению испытаний устройств подобного класса
