ИСТИНА

ФИАНИТ КАК МАТЕРИАЛ ПЕРВОГО ОКНА СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИКИ ТОМСОНОВСКОГО РАССЕЯНИЯ (ТР) В ДИВЕРТОРЕ ИТЭР Работа диагностики ТР в диверторе ИТЭР будет проходить в условиях: высокой радиации,загрязнении оптических элементов продуктами эрозии первой стенки в виде пылевых и плёночных осаждений [1]. Для предотвращения загрязнений элементов системы ТР предложено установить защитное (первое) окно [2]. Материал окна должен быть устойчив к радиационным нагрузкам, а также воздействию чистящего разряда [3]. Фианит, стабилизированный диоксид циркония (СДЦ), широко используется при изготовлении различных оптических изделий, имеет коэффициент пропускания 74% в диапазоне длин волн 400- 5000 нм и может быть использован как материал первого окна, при необходимом для диагностики ТР диапазоне длин волн 1000-1100 нм.При облучении СДЦ γ-квантами (1 кГр) [4] и потоком нейтронов (1.2×1021 нейтрон/см2 ·с) [5], материал приобретает желтовато-коричневую окраску, что связано с возникновением полос поглощения в коротковолновом диапазоне 300-500 нм. Кратковременный отжиг в атмосферном воздухе восстанавливал исходную прозрачность. В работе [6] сообщается об облучении СЦД ионами водорода и гелия энергией 40 кэВ. В оптических спектрах облученных образцов возникала полоса поглощения в диапазоне длин волн 400-650 нм. Авторы связывают эффект с поглощением света электронами, находящимися в наночастицами Zr, образующимися в приповерхностном слое в результате облучения. Отмечается, что при облучении ионами водорода формирование наночастиц СДЦ происходит более эффективно, чем в случае ионов гелия. Целью нашей работы было исследование стойкости СДЦ в условиях чистящего разряда, в котором, при периодических чистках, будет распыляться не только загрязняющая окно пленка, но и сам материал окна. Эксперименты проводили в скрещенных разрядах постоянного тока и высокочастотном (ВЧ) разряде 13,56 МГц в D2 и He при давлении 15 Па. ВЧ разряд создавал смещение над поверхностью образцов –300 В, то есть, энергия ионов не превышала 300 эВ. При плотности ионного тока 4,2 А/м2, начальная скорость распыления в D2 и He составляла около 40 нм/час, однако через 1,5 часа уменьшалась до 28 и 1,3 нм/час в He и D2 соответственно. Образцы приобретали желтовато-коричневый оттенок. На оптических спектрах наблюдалось уменьшение пропускания в диапазоне 400-500 нм, причем, для облученных в D-плазме образцов, более значительное. Отжиг образцов на воздухе в течение 0,5 часа при 600 К восстанавливал оптический спектр до исходного. Наблюдаемый эффект мы объясняем селективным распылением бинарного соединения ZrO2 с существенным различием масс атомов O и Zr, 16 и 91 а. е. м. соответственно. Легкие ионы D+, D2+, D3+ и He+ более эффективно распыляют атомы O, что приводит к образованию слоя Zr на поверхности СДЦ. Возможно, также, влияние химического восстановления Zr из оксида в D-плазме. СДЦ (фианит) представляется перспективным материалом первого окна для защиты элементов системы ТР в диверторе ИТЕР: γ и нейтронное облучение, так же как экспозиция в чистящем разряде, не снижают пропускание излучения на рабочей длине волны 1060 нм. Очистку окна предпочтительнее проводить в D-плазме в связи низкой скоростью распыления СДЦ. Список литературы 1. Mухин E.E., Tолстяков С.Ю., Kочергин M.M. и др. Диагностический комплекс томсоновского рассеяния для мониторинга электронного компонента плазмы в диверторной зоне токамака ИТЕР // ВАНТ. Сер. Термоядерный синтез. 2010. Вып. 2. С. 59-68. 2.Razdobarin A.G. et al. “Dielectric windows as front-end diagnostic elements in ITER” Synopsis of 27th IAEA Fusion Energy Conference (FEC 2018), CN-258, 22–27 October 2018, Gandhinagar, India. 3.Moser L. et al. Plasma cleaning of ITER first mirrors // Physica Scripta. 2017. V. 2017. No T170. P. 1-7. 4.Fuks L., Degueldre C. Optical properties of γ-irradiated synthetic sapphire and yttria-stabilized zirconia spectroscopic windows // J. Nucl. Mat. 2000.V. 280. P. 360-364. 5.Savoini B. et al. Radiation damage in neutron-irradiated yttria-stabilized-zirconia single crystals // J. Nucl. Mat. 2000.V. 277. P. 199-203. 6. Осташев А.С. и др. // Известия РАН. Серия физическая. 2002. Т. 66. № 9. С. 1374–1376.