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

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

doi:10.30791/1028-978X-2026-10-37-54

?

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.

Научное направление: Технологии материалов Физика

Язык: русский

Полный текст

DOI

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

Sandpile Cellular Automata with Manna Rule on the Chung-Lu Graph: Application to X Social Network

Дмитриев А. В., Корнилов В. В., Batienkov R., Lecture Notes in Civil Engineering 2026 Vol. 886 P. 249–255

Добавлено: 13 октября 2026 г.

Sandpile Cellular Automata with Manna Rule on the Chung-Lu Graph: Application to X Social Network

Дмитриев А. В., Shulman I., Лебедев А. А., Studies in Computational Intelligence 2026 Vol. 1265 P. 266–273

Добавлено: 13 октября 2026 г.

Неравновесное состояние в квазиодномерных сверхпроводящих каналах

Арутюнов К. Ю., Харитонов И. А., Петросянц К. О., JETP Letters 2026 Vol. 124 No. 6 P. 1–16

Добавлено: 13 октября 2026 г.

When universal machine learning models fail in capacitance prediction for carbon-based supercapacitors: Leakage-aware validation and electrolyte screening

Makarov D. M., Каликин Н. Н., Fashchevsky K. A. и др., Electrochimica Acta 2026 Vol. 579 Article 150159

Добавлено: 13 октября 2026 г.

Ranging Precision Comparison of Direct and Non-Line-of-Sight LiDAR Systems Based on SNSPD

Махлуф М., Ожегов Р. В., Елезов М. С. и др., Фотоника 2026 Vol. 20 No. 6 P. 414–423

В данной работе проведено сравнение точности дальнометрии лидарных архитектур прямого времени пролёта (dToF) и вне прямой видимости (NLOS), обе из которых используют сверхпроводящий нанопроволочный детектор одиночных фотонов (SNSPD). Обе системы работают на длине волны 1550 нм с импульсным лазером длительностью 50 пс и методом коррелированного во времени счёта одиночных фотонов (TCSPC). Конфигурация dToF обеспечила точность около 100 мкм ...

Добавлено: 12 октября 2026 г.

Proceedings of the 34th IUPAP Conference on Computational Physics: CCP2023, August 4-8, Kobe, Japan

Singapore: Springer, 2026.

Добавлено: 12 октября 2026 г.

Influence of Pulsed Laser Radiation on the Morphology and Surface Properties of Tungsten Implanted with Helium Ions

Borovitskaya I. V., Pimenov V. N., Korshunov S. N. и др., Physics of Atomic Nuclei 2026 Vol. 89 No. 1 P. S48–S55

Добавлено: 22 июля 2026 г.

Влияние импульсного лазерного излучения на морфологию и свойства поверхности вольфрама, имплантированного ионами гелия

Боровицкая И. В., Пименов В. Н., Коршунов С. Н. и др., Вопросы атомной науки и техники. Термоядерный синтез 2025 Т. 48 № 3 С. 135–146

Проведено исследование влияния мощного импульсного лазерного излучения (ЛИ), создаваемого в установке ГОС 1001 в режиме модулированной добротности с плотностью мощности потока, равной 1,0·1014 Вт/м2, длительно-стью импульса t = 50 нс, числом импульсов N от 1 до 8 на структуру и микротвёрдость поверхности образцов вольфрама, размещённых в вакуумной камере. Образцы облучены в исходном состоянии и после ...

Добавлено: 26 декабря 2025 г.

Исследование комбинированного воздействия ионной имплантации гелия и импульсного лазерного излучения на структуру и микротвердость поверхности сплава V–10Ti–6Cr–0.05Zr–0.1Si

Боровицкая И. В., Пименов В. Н., Коршунов С. Н. и др., Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования 2025 № 9 С. 81–88

Исследовано влияние предварительной имплантации ионов Не+ на морфологию и микротвердость поверхности сплава ванадия V–10Ti–6Cr–0.05Zr–0.1Si при последующем воздействии мощного импульсного лазерного излучения. Конструкционные малоактивируемые материалы на основе ванадия наиболее коррозионностойкие по отношению к Li. Они перспективны для реакторов с жидкостным вариантом бланкета, где литий является теплоносителем, а тритий — воспроизводимым материалом. Имплантацию в сплав ионов гелия ...

Добавлено: 14 декабря 2025 г.

Damageability of the Surface Layer of V–Ti–Cr Alloy under Successive Exposure to Argon Ions and Pulsed Laser Radiation

Borovitskaya I. V., Korshunov S. N., Mansurova A. N. и др., Inorganic Materials: Applied Research 2025 Vol. 16 No. 6 P. 1821–1827

Добавлено: 20 ноября 2025 г.

Влияние мощного импульсного лазерного воздействия на структуру и свойства поверхностного слоя ванадия, предварительно облучённого ионами инертных газов (обзор)

Боровицкая И. В., Коршунов С. Н., Мансурова А. Н. и др., Металлы 2024 № 1 С. 42–52

Обобщены результаты исследований, выполненных авторами по изучению влияния воздействия мощного лазерного излучения на морфологию и микротвёрдость поверхности ванадия, предварительно имплантированного ионами инертных газов (гелия и аргона). Облучение импульсами лазера проводили в установке ГОС 1001 в режиме модулированной добротности (с плотностью мощности потока q равной 1,2 × 1012 Вт/м2, длительностью импульса τ0 = 50 нс, числом ...

Добавлено: 6 марта 2024 г.

Изменение морфологии и прочностных свойств поверхности ванадия при воздействии ионов гелия и импульсного лазерного излучения

Боровицкая И. В., Коршунов С. Н., Мансурова А. Н. и др., Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования 2023 № 1 С. 67–73

Исследовано влияние мощного импульсного лазерного излучения, создаваемого в установке ГОС 1001 в режиме модулированной добротности (плотность мощности потока q = 1.2 × 1012 Вт/м2, длительность импульса τ0 = 50 нс, число импульсов N = 1–4) в вакууме, на пористую структуру поверхности образцов ванадия, сформированную после имплантации ионов гелия (энергия 30 кэВ, доза 2.0 × 1023 м–2, плотность потока ...

Добавлено: 1 марта 2023 г.

Синергетические эффекты в поверхностных слоях сплава системы V-Ti-Cr при воздействии ионов аргона и импульсного лазерного излучения

Боровицкая И. В., Коршунов С. Н., Мансурова А. Н. и др., Вопросы атомной науки и техники. Термоядерный синтез 2022 Т. 45 № 4 С. 84–92

Исследованы изменения морфологии поверхности и микротвёрдости сплава ванадия V—10Ti—6Cr—0,05Zr—0,1Si, перспективного для использования в качестве конструкционного материала термоядерного реактора. Исследуемые образцы были имплантированы ионами аргона (энергия 20 кэВ, доза 1,0·1022 м–2, плотность потока ионов 6,0·1018 м–2·с–1, температура ~700 К) и далее подвергались воздействию мощного импульсного лазерного излучения в режиме модулированной добротности (плотность мощности q ~ 1,2·1012 ...

Добавлено: 23 января 2023 г.

Features of Niobium Damage by Pulsed Laser Radiation in Comparison with Beam-Plasma Impact

Pimenov V. N., Borovitskaya I. V., Demin A. S. и др., Inorganic Materials: Applied Research 2022 Vol. 13 No. 5 P. 1238–1246

Добавлено: 2 октября 2022 г.

Особенности повреждаемости ниобия импульсным лазерным излучением в сравнении с пучково-плазменным воздействием

Пименов В. Н., Боровицкая И. В., Демин А. С. и др., Перспективные материалы 2022 № 5 С. 17–30

Исследованы особенности повреждаемости ниобия импульсными потоками лазерного излучения (ЛИ) в режимах свободной генерации (СГ, плотность мощности qСГ = 105 - 106 Вт/см2 с длительностью импульсов tСГ = 700 мкс) и модулированной добротности (МД, q = 108–109 Вт/см2, tМД = 80 нс) в сравнении с импульсными воздействиями потоков ионов гелия (ИГ) и гелиевой плазмы (ГП) в ...

Добавлено: 5 мая 2022 г.

Structural Changes in Surface Layers of Vanadium Induced by the Separate and Sequential Impact of Helium Ions and Pulsed Laser Radiation

Borovitskaya I. V., Korshunov S. N., Mansurova A. N. и др., Journal of Surface Investigation: X-Ray, Synchrotron and Neutron Techniques 2021 Vol. 15 No. 2 P. 332–336

Добавлено: 2 апреля 2021 г.

Особенности структурных изменений в поверхностных слоях ванадия в условиях раздельного и последовательного воздействия ионов гелия и импульсного лазерного излучения

Боровицкая И. В., Коршунов С. Н., Мансурова А. Н. и др., Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования 2021 № 4 С. 25–30

Исследованы изменения морфологии поверхности ванадия в результате отдельного и последовательного воздействия ионов гелия (энергия-30 кэВ, доза - 1.0 × 1022 м-2 , плотность потока ионов – 4,8 × 1018 м-2 с-1 , температура ~ 500 К) и мощного импульсного лазерного излучения в режиме модулированной добротности (плотность мощности q = 1,2·108 Вт/см2, длительность импульса τ0 = ...

Добавлено: 30 марта 2021 г.

Особенности повреждения поверхности ванадия при воздействии импульсного лазерного излучения

Боровицкая И. В., Коршунов С. Н., Мансурова А. Н. и др., Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования 2020 № 5 С. 56–62

Исследованы особенности повреждения поверхностного слоя ванадия под действием импульсного лазерного излучения. Лазерное облучение образцов проводили на воздухе с использованием установки ГОС 1001 в режиме модулированной добротности с плотностью мощности потока q = 1.2 × 108 Вт/см2, длительностью импульса τ0 = 50 нс, число импульсов N = 1–6. Обнаружено, что типичными повреждениями поверхности под воздействием лазерного излучения ...

Добавлено: 27 марта 2020 г.

Damage of Al2O3 Ceramics under the Action of Pulsed Ion and Plasma Fluxes and Laser Irradiation

Maslyaev S. A., Morozov E. V., Romakhin P.A. и др., Inorganic Materials: Applied Research 2016 Vol. 7 No. 3 P. 330–339

Добавлено: 17 мая 2016 г.

Investigation of ferromagnetic phase precipitation on the surface of some constructional materials for thermonuclear reactors

Lazarev E. M., Korotkov N. A., Krintchik G. S. и др., Journal of Nuclear Materials 1981 Vol. 96 No. 1-2 P. 111–114

Добавлено: 11 декабря 2013 г.

Influence of high heat flux loading and irradiation on some promising candidate materials for the divertor structure

Bondarenko G.G., Udris Y. Y., Fusion Engineering and Design 1998 Vol. 39-40 P. 419–426

The sputtering of a number of materials due to an intense polyenergetic flux of hydrogen particles has been investigated. The irradiation of pure tungsten, copper, aluminium, titanium, aluminium-lithium alloys, stainless steel and tungsten-copper composition has been carried out at particle flux densities of 1017-1018 cm~2 s~' and at fluences of 1020-1022 cm~2. Furthermore, W-Cu composition ...

Добавлено: 15 ноября 2013 г.