|
|
|
|
| Измерения отражения на металлических зеркалах термоядерного реактора токамак JET (Joint European Torus) | |
|
|
Научными сотрудниками Базельского университета под руководством господина де Теммермана были проанализированы отражательные спектры металлических зеркал, установленных внутри термоядерного реактора токамак JET. Для этих измерений были использованы два спектрометра (getSpec-2048 и getSpec-NIR-1.7), вольфрам-галогеновый источник света (getLight-Hal-S) и шар Ульбрихта (getSphere-50).
Обоснование:
Управляемый термоядерный синтез является одной из наиболее перспективных возможностей получения энергии в будущем. Однако до сих пор ни на одном из видов реакторов не удалось достичь положительного выхода энергии. В июне 2005 года было принято решение о сооружении Международного экспериментального термоядерного реактора (ИТЭР) во Франции. Основная задача ИТЭРа заключается в демонстрации научной и технической осуществимости получения энергии с помощью термоядерного синтеза.
ИТЭР представляет собой крупную экспериментальную установку, включающую в себя около 40 отдельных измерительных и диагностических систем, которые используются для исследования состояния плазмы и протекающих в ней базовых физических процессов. Предполагаемый высокий уровень излучения приведет к его усиленному поглощению преломляющими элементами реактора, например, оптическими окнами. Поэтому планируется использовать металлические зеркала в качестве элементов наблюдения за состоянием плазмы во всех оптических системах диагностики плазмы. Потоки плазмы из вакуумной камеры будут направляться зеркалами к детекторам, находящимся за системой биозащиты. В связи с этим зеркала должны сохранить исходную степень отражения, несмотря на неблагоприятные условия шероховатой поверхности, которая образуется в результате интенсивного излучения, бомбардировки нейтронами, распыления высокоэнергетичными частицами. Чтобы определить оптимальный материал для изготовления зеркал для ИТЭРа, необходимо поставить ряд экспериментов на установках типа токамак. Для этих целей был проведен развернутый тест воздействия плазмы на первое зеркало (так называемый FMT – First Mirror Test) на крупнейшем в мире Европейском токамаке JET в Великобритании. Поскольку отдельные компоненты, контактирующие с плазмой, состоят из углерода, покрытого бериллием, необходима специальная измерительная установка, не теряющая своей функциональности при работе со слабозагрязненными бериллием или тритием материалами.
Рис. 1: Вид внутренней поверхности вакуумного объема токамака JET, в котором на различных местах располагались образцы.
Экспериментальная установка:
Разработанная измерительная система должна была удовлетворять следующим требованиям:
i) использование шара Ульбрихта для измерения полного и диффузного отражения;
ii) покрытие диапазона длин волн 350-1700 нм, включающего видимую и ближнюю инфракрасную спектральные области;
iii) физическое разъединение шара Ульбрихта и спектрометра для уменьшения размеров защитной камеры, которая должна быть сконструирована для помещения загрязненных зеркал
Схема разработанной измерительной системы представлена на рис. 2.
Рис. 2: Схема измерительной системы
С учетом оптимального соотношения между требованиями безопасности, функциональными требованиями (спектральный диапазон и точность измерений) и финансовыми затратами были выбраны следующие приборы:
- спектрометр getSpec-2048 с CCD-детектором с разрешением 2048 пиксел, входной щелью 200 мкм, спектральным диапазоном
350 – 1100 нм;
- спектрометр getSpec NIR-1.7 256 PC с термоэлектрически охлаждаемым InGaAs – детектором с 256–элементной диодной матрицей, спектральным диапазоном 900 – 1700 нм;
- шар Ульбрихта покрытый ПТФЭ (политетрафторэтилен, Тефлон), диаметром 50 мм. Внутренняя блестящая полость шара с нанесенным на нее поглощающим материалом позволяет отделить направленное отражение и выделить только рассеянное отражение;
- оптоволокно с диаметром сердечника 400 мкм.
Измерительная система была прокалибрована на эталонных образцах, чья отражательная способность была измерена с помощью широкополосного спектрофотометра (от УФ до ближнего инфракрасного диапазона) и спектрального эллипсометра. Полученные результаты измерений (см рис. 3) очень хорошо согласуются между собой во всей области спектра.
Рис. 3: Сравнение результатов измерений полного отражения от образца, покрытого молибденом, полученных
а) на измерительной установке токамака JET и
б) на спектрофотометре в Базеле (Varian Cary 5).
Готовая измерительная система, собранная в лаборатории, показана на рис. 4. Высокочувствительные образцы были проанализированы в защитной камере. По этой причине в камере была установлена только входная оптика (шар Ульбрихта и передающий зонд). Спектрометр, компьютер и источник света находились вне камеры. Спектрометр соединялся с источником света и входной оптикой с помощью оптоволокна.
Рис. 4: Окончательная конструкция измерительной системы в лаборатории, шар Ульбрихта и передающий измерительный зонд встроены в защитную камеру.
|
|
|
|
последнее изменение 08/15/2007 01:42 PM
Copyright (c) getAMO 2024
|
|
|
|