Особенности взаимодействия мощного импульсного лазерного излучения с материалами вакуумной камеры термоядерного реактора

Перспективные материалы. 2026. № 10. С. 37–54.

Боровицкая И. В., Пименов В. Н., Коршунов С. Н., Мансурова А. Н., Масляев С. А., Латышев С. В., Бондаренко Г. Г., Симаков С. В., Виноградова Н. А., Гайдар А. И., Матвеев Е. В.

Проведено сравнение, обобщение и систематизация механизмов эрозии и разрушения
поверхности малоактивируемых материалов, перспективных для использования в
качестве материалов вакуумной камеры термоядерных реакторов: ванадия, его сплава
V – 10 Ti – 6 Cr – 0,05 Zr – 0,1 Si и вольфрама при последовательном воздействии на
них ионных и тепловых потоков. Тепловые потоки имитировали с помощью мощного
импульсного лазерного излучения (ЛИ), создаваемого в установке ГОС 1001 в режиме
модулированной добротности (МД) с плотностью мощности потока равной 1·1012 и
1·1014 Вт/м2, длительностью импульса t = 50 нс, числом импульсов N от 1 до 8. Образцы
облучали как в исходном состоянии, так и после имплантации ионов гелия (энергия —
30 кэВ, дозы — 1,0·1022 и 2,0·1023 м–2 ) и аргона (энергия — 20 кэВ, дозы — 1,0·1022 и
2,0·1022 м –2 ), которую проводили в ионно-лучевом ускорителе ИЛУ. Установлено, что
характер разрушения образцов зависит от материала мишени и согласно результатам
численного моделирования связан с перераспределением энергии лазерного луча между
процессами плавления и испарения для конкретной комбинации: плотность мощности
ЛИ – имплантируемый ион – облучаемый материал. Показано, что воздействие мощных
лазерных импульсов приводит к изменению морфологии и увеличению эрозии поверхности
на всех этапах взаимодействия с материалами вследствие генерации процессов испарения
и плавления, образования и разрушения пузырей (блистеров), а также появления трещин.
Эти результаты имитационных экспериментов показывают, что в реальных условиях работы
реактора импульсные радиационно-термические воздействия могут способствовать
загрязнению плазмы и уменьшению срока службы реактора. Обнаружено, что характерные
особенности повреждаемости и разрушения поверхности при воздействии ЛИ для всех
исследуемых материалов наиболее заметно проявляются на образцах, предварительно
облучённых ионами газов, то есть в результате синергетического эффекта.

Ключевые слова: thermonuclear reactor, термоядерный реактор, импульсное лазерное излучение, Pulsed Laser Radiation, vacuum chamber materials, материалы вакуумной камеры