К.М. ГУТОРОВ, В.А. КУРНАЕВ

Московский инженерно-физический институт (государственный университет)
МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТРИТИЯ

В ПЕРВОЙ СТЕНКЕ ТЯР
В работе определены поток ионов трития, образующихся в d-d реакции, на первую стенку ТЯР, распределение этих ионов по углам падения и распределение внедренных частиц по глубине.
Накопление трития в материалах ТЯР является одной из важнейших проблем термоядерной энергетики. В работе изучается вклад ионов трития, образующихся в d-d реакции вблизи первой стенки, в распределение трития в первой стенке термоядерного реактора. Этот эффект до настоящего времени не рассматривался, хотя может существенно повлиять на накопление трития в материалах ТЯР.

Моделирование проводилось для следующих параметров реактора ИТЕР: R = 6,2 м, a = 2 м, B (R) = 5,3T [2]. Температура и плотность плазмы определялись из соответствующих графиков, приведенных в проекте ИТЕР [3].

В начале были определены поток ионов трития на стенку и распределение ионов в потоке по углам падения.

Моделирование проводилось методом Монте-Карло с помощью специально разработанной компьютерной программы. Скорость реакции d-d вычислялась по формуле из [1]:

.

Рассматривались ионы трития, рождающиеся на расстоянии не более 2 ларморовских радиусов от стенки. Вероятность создания иона трития нормирована на единицу в рассматриваемом промежутке. Ионы трития рождались с энергией 1 МэВ. Все направления начальной скорости полагались равновероятными. Траектория движения ионов рассчитывалась численными методами в плоскости, перпендикулярной тороидальному магнитному полю. В силу радиуса кривизны внтуреней поверхности, много большего характерного расстояния задачи – ларморовского радиу­са,– стенка реактора в рассчетах считалась плоской. Для определения углового распределения рассчитывались траектории 10⁵ частиц, из этих частиц на первую стенку попадало 25,5%.

Р

Рис. 1. Распределение ионов трития

по углам падения
ассчитанное угловое распреде­ление частиц имеет выраженный неизотропный характер с максиму­мом распределения в районе 45.

Для определенного потока ионов трития моделировалось его взаимо­действие с первой стенкой ТЯР. Моделирование производилось с помощью кода Scatter, использую­щего для расчета модель парных столкновений. В качестве материала стенки рассматривались W и Be.

Рис. 2. Распределение ионов трития по глубине внедрения для W и Be
Р
асчет показал, что максимум распределения трития по глубине приходится на 2–3 мкм для вольф­рама и 5,5–6,5 мкм для бериллия.

На основании результатов этой работы можно моделировать даль­нейшее поведение трития в стенке ТЯР и тепловую нагрузку на стенку.

Список литературы
1. Путвинский С.В. Вопросы теории плазмы. Вып. 18 / Под ред. Б.Б. Кадомцева. М.: Энергоатомиздат, 1990. С.209.

2. ITER Physics Expert Group on Divertor et al. // Nucl. Fusion. 1999. 39. 2391-2469.

3. Cost Review and Safety Analysis // Technical Basis for the ITER Final Design Report. IAEA: ITER Final Design Report, 1998.