Measurements of the Characteristics of Fine Grain Graphite Used as a First Wall Material for the T-15MD TOKAMAK

L. B. Begrambekov; Беграмбеков Л. Б.; N. A. Puntakov; Пунтаков Н. А.; A. A. Ayrapetov; Айрапетов А. А.; A. V. Grunin; Грунин А. В.; S. S. Dovganyuk; Довганюк С. С.; A. M. Zakharov; Захаров А. М.; N. O. Savvin; Саввин Н. О.; S. A. Grashin; Грашин С. А.; I. I. Arkhipov; Архипов И. И.

doi:10.31857/S1028096023080058

Measurements of the Characteristics of Fine Grain Graphite Used as a First Wall Material for the T-15MD TOKAMAK

Authors: Begrambekov L.B.¹, Puntakov N.A.¹, Ayrapetov A.A.¹, Grunin A.V.¹, Dovganyuk S.S.¹, Zakharov A.M.¹, Savvin N.O.¹, Grashin S.A.¹, Arkhipov I.I.¹
Affiliations:
1. National Research Nuclear University “MEPhI”
Issue: No 12 (2023)
Pages: 101-112
Section: Articles
URL: https://freezetech.ru/1028-0960/article/view/664707
DOI: https://doi.org/10.31857/S1028096023080058
EDN: https://elibrary.ru/OBXOKF
ID: 664707

Cite item

Full Text

Open Access
Restricted Access

Access granted
Restricted Access

Subscription Access

Abstract

In this work, properties of fine grain graphite that will be used as a plasma-facing material in the T-15MD Tokamak are measured and studied. Density and porosity, thermal diffusivity and thermal conductivity, as well as the crystal grain size and impurity content of graphite are measured. The measurement results were compared to the corresponding parameters of MPG-6, MPG-7 and MPG-8 graphites. Characteristics of hydrogen and methane retention in graphite and conditions of their desorption depending on temperature of preliminary annealing, its duration, exposition of fully annealed samples in atmospheric gas at normal conditions. Influence of irradiation of the samples by deuterium ions with different energies on the characteristics of hydrogen trapping and desorption. In all cases, attention was paid to the possibility of influence of experimental conditions on trapping and desorption of hydrogen left in graphite after its production, as well as the one trapped from the atmosphere. Based on the data obtained and the expected conditions in the T-15MD’s plasma chamber, optimal modes for annealing of graphite received from producer and temperatures of the tokamak’s plasma-facing elements that assist in removal of hydrogen from graphite are determined.

Keywords

T-15MD, parameters of graphite, hydrogen trapping temperature, annealing of graphite, thermal conductivity, thermal diffusivity, impurities, porosity, crystal grain size, desorption of methane, desorption of hydrogen.

References

Федорович С.Д., Карпов А.В., Бубаев В.П., Грашин С.А., Губкин М.К., Слива А.П., Мартыненко Ю.В., Марченков А.Ю., Лукашевский М.В., Заклецкий З.А., Васильев Г.Б., Рогозин К.А., Чан Куанг В. // Физика плазмы. 2021. Т. 47. Вып. 4. С. 316. https://doi.org/10.31857/S0367292121030069
Хвостенко П.П., Анашкин И.О., Бондарчук Э.Н., Инютин Н.В., Крылов В.А., Левин И.В., Минеев А.Б., Соколов М.М. // ВАНТ. Серия: Термоядерный синтез. 2019. Т. 42. № 1. С. 15. https://doi.org/10.21517/0202-3822-2019-42-1-15-38
Maruyama K., Jacob W., Roth J. // J. Nucl. Mater. 1999. V. 264. P. 56. https://doi.org/10.1016/S0022-3115(98)00481-4
Winter J., Gebauer G.J. // J. Nucl. Mater. 1999. V. 266–269. P. 228. https://doi.org/10.1016/S0022-3115(98)00526-1
Rubel M., Cecconello M., Malmberg J.A., Sergienko G., Biel W., Drake J.R., Hedqvist A., Huber A., Philipps V. // Nucl. Fusion. 2001. V. 41. P. 1087. https://doi.org/10.1088/0029-5515/41/8/312
Philipps V., Wienhold P., Kirschner A., Rubel M. // Vacuum. 2002. V. 67. P. 399. https://doi.org/10.1016/S0042-207X(02)00238-5
Zhitlukhin A., Klimov N., Landman I., Linke J., Loarte A., Merola M., Podkovyrov V., Federici G., Bazylev B., Pestchanyi S., Safronov V., Hirai T., Maynashev V., Levashov V., Muzichenko A. // J. Nucl. Mater. 2007. V. 363–365. P. 301. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2007.01.027
Будаев В.П. // ВАНТ. Серия: Термоядерный синтез. 2015. Т. 38. № 4. С. https://doi.org/10.21517/0202-3822-2015-38-4-5-33
Budaev V.P., Khimchenko L.N. // Physica A. 2007. V. 382. P. 359.
Federici G., Skinner C.H., Brooks J.N., Coad J.P., Grisolia C., Haasz A.A., Hassanein A., Philipps V., Pitcher C.S., Roth J., Wampler W.R., Whyte D.G. // Nucl. Fusion. 2001. V. 41. P. 1967. https://doi.org/10.1088/0029-5515/41/12/218
Linke J. // Phys. Scr. 2006. V. 45. P. T123. https://doi.org/10.1088/0031-8949/2006/T123/006
Иванов Б.В., Ананьев С.С. ВАНТ. Серия: Термоядерный синтез. 2021. Т. 44. № 4. С. 5.
Жмуриков Е.И., Бубненков И.А., Дремов В.В., Самарин С.И., Покровский А.С., Харьков Д.В. Графит в науке и ядерной технике. Новосибирск: Издательство Сибирского отделения РАН, 2013. 193 с.
Сковорода А.А., Спицын А.В., Петров В.С., Полунина А.А., Провоторов М.В., Трушкова Т.Н. // Вопросы атомной науки и техники. Серия Термоядерный синтез. 2008. № 3. С. 61. http://vant.iterru.ru/vant_2008_3/4.pdf
Визгалов И.В. и др. // Атомная энергия. 1990. Т. 69. № 3. С. 187. http://elib.biblioatom.ru/text/atomnaya-energiya_t69-3_1990/go,60/.
Нищев К.Н., Новопольцев М.И., Беглов В.И., Окин М.А., Лютова Е.Н. // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Физико-математические науки. 2015. № 4. Вып. 36. С. 101. https://izvuz_fmn.pnzgu.ru/files/izvuz_fmn.pnzgu.ru/10(5).pdf.
Айрапетов А.А., Беграмбеков Л.Б., Довганюк С.С., Каплевский А.С. // Поверхность. Рентген., синхротр., и нейтрон. исслед. 2018. № 6. С. 48. https://doi.org/10.7868/S0207352818060100
Рогайлин М.И., Чалых Е.Ф.: Справочник по углеграфитовым материалам. Л.: Химия, 1974. 208 с.
Станкус С.В., Савченко И.В., Агажанов А.Ш., Яцук О.С., Жмуриков Е.И. // ТВТ. 2013. Т. 51. № 2. С. 205. https://doi.org/10.1134/S0018151X13010173
Baranov V.G., Devyatko Y.N., Tenishev A.V., Khlunov A.V., Khomyakov O.V. // Inorg. Mater. Appl. Res. 2010. V. 1. № 2. P. 167. https://doi.org/10.1134/S2075113310020164
Жмуриков Е.И., Савченко И.В., Станкус С.В., Tecchio L. // Вестн. НГУ. Сер. Физика. 2011. Т. 6. № 2. С. 77.
http://www.phys.nsu.ru/vestnik/catalogue/2011/02/ Vestnik_NSU_11T6V2_p77_p84.pdf.
Уббелоде А.Р., Льюис Ф.А. Графит и его кристаллические соединения. М.: Мир, 1965. 256 с.
Cezairliyan A., Righini F. // Rev. Int. Hautes Temp. Refract. 1975. V. 12. № 2. P. 124.
Канель Г.И., Безручко Г.С., Савиных А.С., и др. // ТВТ. 2010. Т. 48. № 6. С. 845. https://doi.org/10.1134/S0018151X10060064
Чиркин В.С. Теплофизические свойства материалов ядерной техники. Справочник. Атомиздат, 1968. 484 с.
Taylor R.E., Groot H. // High Temp. High Press. 1980. V. 12. P. 147.
Ayrapetov A.A., Begrambekov L.B., Dovganyuk S.S., Grunin A.V., Kaplevskiy A.S., Puntakov N.A. // J. Phys.: Conf. Ser. 2018. V. 1058. P. 012002. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1058/1/012002
Begrambekov L.B., Ayrapetov A.A., Sadovskiy Ya.A., Shigin P.A. // J. Phys.: Conf. Ser. 2016. V. 669. P. 012003. https://doi.org/10.1088/1742-6596/669/1/012003
Веселовский В.С. Угольные и графитовые конструкционные материалы. М.: Наука, 1966.
Airapetov A., Begrambekov L., Brosset C., Gunn J.P., Grisolia C., Kuzmin A., Loarer T., Lipa M., Monier-Garbet P., Shigin P., Tsitrone E., Zakharov A. // J. Nucl. Mater. 2009. V. 390–391. P. 589. https://doi.org/10.1016/j.jnucmat.2009.01.118