ҚАЛАЙЫ-ЛИТИЙ ҚОРЫТПАСЫНЫҢ ТОТ БАСПАЙТЫН БОЛАТПЕН ЖӘНЕ БАЯУ БАЛҚИТЫН МЕТАЛДАРМЕН ЖОҒАРЫ ТЕМПЕРАТУРАЛЫ КОРРОЗИЯЛЫҚ ӘРЕКЕТТЕСУІ БОЙЫНША ЭКСПЕРИМЕНТТІК ЗЕРТТЕУЛЕРІ

Бұл мақалада жоғары температурада капиллярлық-кеуекті құрылым матрицасының (ККҚ) кандидаттық материалдарының сұйық қалайы-литий қорытпасымен коррозиялық үйлесімділігін анықтау бойынша зерттеу жұмысы сипатталған. Зерттеулер Sn₇₅-Li₂₅ қорытпасымен және 12Х18Н10Т маркалы аустенитті тот баспайтын болат, ВЭЛ-3 маркалы ванадий және ТТ маркалы тантал үлгілерімен жүргізілді. Сұйық қалайы-литий қорытпасымен ККҚ матрицасының кандидаттық материалдарының өзара әрекеттесуі бойынша тәжірибелер TGA/DSC 3+ термогравиметриялық талдағыш негізінде жасалған ТиГрА тәжірибелік қондырғысында жоғары температурада жүргізілді. Жұмыста жоғары температуралы коррозиялық сынақтардың жүргізу әдістемесі мен шарттарының сипаттамалары келтірілген. Бұл жұмысты жүзеге асыру барысында сұйық фазадағы қалайы-литий қорытпасының тот баспайтын болатпен, ванадиймен және танталмен 600 ℃-тан 1000 ℃-қа дейінгі температуралық аралықтағы үйлесімділігін зерттеу бойынша тәжірибелері жүргізілді. Алынған нәтижелер негізінде қорытпаның ККҚ матрицасының кандидаттық материалдарымен өзара әрекеттесуі нәтижесінде пайда болатын процестерінің жылу әсерлері анықталды. Алынған нәтижелерді талдау нәтижесінде зерттелетін материалдардың Sn₇₅-Li₂₅ сұйық қалайы-литий қорытпасымен жоғары температурада өзара әрекеттесуі кезінде компоненттердің сұйық қорытпамен (еріткішпен) селективті еруі; сұйық қорытпа (қалайы) компонентінің тот баспайтын болаттың тереңдігіне енуі; еріген металдардың қатты металдан сұйық металға массатасымалдауы сияқты күрделі физикахимиялық процестер жүретіні анықталды.

1. Krasin. V.P., Soyustova. S.I. Quantitative evaluation of thermodynamic parameters of Li-Sn alloys related to their use in fusion reactor // Journal of Nuclear Materials. – 2018. – Vol. 505. – P. 193–199. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2018.04.008

2. Kvona. V., Oyarzabal. E., Zoethout. E., Martin-Rojo A.B., Morgan T.W., Tabarés F.L. Secondary electron emission of tin and tin-lithium under low energy helium plasma // Nuclear Materials and Energy. – 2017. – Vol. 13. – P. 21–27. https://doi.org/10.1016/j.nme.2017.09.005.

3. Loureiro, J.P.S., Fernandes. H., Tabarés. F.L., Mazzitelli. G., Silva. C., Gomes. R., Alves. E., Mateus.R., Pereira. T., Figueiredo. H., Alves. H., Deuterium retention in tin (Sn) and lithium–tin (Li–Sn) samples exposed to ISTTOK plasmas // Nuclear Materials and Energy. – 2017. – Vol. 12. – P. 709–713. https://doi.org/10.1016/j.nme.2016.12.026.

4. Loureiro, J.P.S, Tabarés F.L., Fernandes. H., Silva. C., Gomes. R., Alves. E., Mateus. R., Pereira. T., Alves. H., Figueiredo. H. Behavior of liquid Li-Sn alloy as plasma facing material on ISTTOK // Fusion Engineering and Design. – 2017. – Vol. 117. – P. 208–211. https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2016.12.031.

5. Tabarés, F.L., Oyarzabal E., Martin-Rojo A.B., Tafalla. D., A. de Castro., F.Medina., Ochando M.A., Zurro B., McCarthy K., the TJ-II Team. Experimental tests of LiSn alloys as potential liquid metal for the divertor target in a fusion reactor // Nuclear Materials and Energy. – 2017. – Vol. 12. – P. 1368–1373. https://doi.org/10.1016/j.nme.2016.11.026.

6. Vertkov, Lyublinski.A.I., Zharkov.M., Mazzitelli G., Apicella M.L., Iafrati. M. Liquid tin limiter for FTU tokamak // Fusion Engineering and Design. – 2017.– Vol.117.– P. 130–134. doi: 10.1016/j.fusengdes.2017.01.041.

7. Dejarnac R., Horacek. J., Hron. M., M. Jerab., Adamek. J., Atikukke. S., Barton. P., Cavaliera. J., Cecrdle. J., Dimitrova. M. Gauthier. E., Iafrati. M., Imrisek. M., Marin Roldan. A., Mazzitelli. G., Naydenkova. D., Prishvitcyn. A., Tomes. M., Tskhakaya. D., Van Oostf. G., Weinzettla. V. Overview of power exhaust experiments in the COMPASS divertor with liquid metals // Nuclear Materials and Energy.– 2020.– Vol. 25.

8. Reimerdes. H., Aho-Mantila L., Albanese R., Ambrosino.R., Arter W., Brezinsek S., Bufferand H., Calabro G., Ciraolo G., Coster D., Fernandes H., Harrison J., Kaldre I., Lackner K., Lielausis O., Loureiro J., Lunt T.,. Mazzitelli G,. McIntosh S, Militello F., Morgan T., Pelekasis N., Pelka G., Pericoli V., Philipps V., Subba F., Tabares. F., Viola B., Wenninger. R., Zagorski. R.and Zohm. H. Towards an Assessment of Alternative Divertor Solutions for DEMO // 42nd EPS Plasma Physics (Lisbon, Portugal, ECA).– P4.117.

9. Lyublinski, I. E., Vertkov A.V., mirnov S.V., Lasarev V. Protection of tokamak plasma facing components by a capillary porous system with lithium // Journal of Nuclear Materials. − 2015. − Vol. 463. − P. 1156–1159. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2014.12.017.

10. Tabarés, F.L., Oyarzabal E., Martin-Rojo A.B., Tafalla D., A. de Castro and Soleto A. Reactor plasma facing component designs based on liquid metal concepts supported in porous systems // Nuclear Fusion. – 2017.– 57, 016029. https://doi.org/10.1088/0029-5515/57/1/016029.

11. Gordienko Yu, Ponkratov Yu., Kulsartov T., Tazhibayeva I., Zaurbekova Zh, Koyanbayev Ye., Chikhray Ye and Kenzhina I. Research Facilities of IAE NNC RK (Kurchatov) for Investigations of Tritium Interaction with Structural Materials of Fusion Reactors // Fusion Sci. Technol.– 2020.– Vol. 76.– P. 703–709.

12. Tazhibayeva I.., Ponkratov Yu., Lyublinsky I., Gordienko Yu., Vertkov A., Tulubayev Ye., Samarkhanov K., Bochkov V., Kozhakhmetov Ye., Orazgaliyev N. Study of liquid tin-lithium alloy interaction with structural materials of fusion reactor at high temperatures // Nuclear Materials and Energy Volume 30, March 2022, 101152. https://doi.org/10.1016/j.nme.2022.101152

13. Ponkratov Yu., Tazhibayeva I., Gordienko Yu., Bochkov V., Tulubayev Ye., Karambayeva I., Samarkhanov K. Ampoule device for producing samples of tin-lithium alloy // For utility model KZ No. 6918 (G01N 1/31 (2006.01), G01N 1/38 (2006.01), Bulletin No. 9, 04.03.2022.