Estimation of Vacuum Mirrors Degradation Rate for H-Alpha and Visible Spectroscopy in Iter

Abstract

2 Координационный центр «Управляемый термоядерный синтез -международные проекты», Москва, Россия На токамаке-реакторе ИТЭР будет задействовано более 30 оптических и лазерных диагностик, использующих системы зеркал для передачи излучения. Их надёжная работа напрямую связана со скоростью деградации первого зеркала, обращённого непосредственно к плазме. Наибольшую опасность для первого зеркала представляют потоки нейтральных атомов из плазмы, в основном D, T и Be. Воздействие высокоэнергетических атомов рабочего газа может приводить к распылению поверхности зеркала, а переосаждение распылённого со стенок вакуумной камеры бериллия -к образованию на зеркале плёнки. В данной работе проводится консервативная оценка скорости деградации внутрикамерных зеркал в экваториальных каналах диагностики «Спектроскопия водородных линий». Расчёты проводились с помощью программы Zemax OpticStudio для стационарного режима работы ИТЭР. Результаты показывают, что рабочая область первого зеркала будет подвержена распылению со скоростью не более 100 нм/год, что является допустимой эрозионной нагрузкой при использовании зеркал из монокристаллического молибдена. Образование бериллиевой плёнки ожидается только на краях зеркала (вне рабочей области). Возможное загрязнение рабочей части зеркала в результате аварий или срывов плазмы может быть устранено с помощью встроенной в узел первого зеркала системы очистки зеркал. Оценка, выполненная для остальных внутрикамерных зеркал, показала, что их существенной деградации не ожидается ввиду их удалённости от плазмы.Ключевые слова: диагностика плазмы, первое зеркало, ИТЭР.More than 30 optical and laser diagnostics installed in ITER tokamak-reactor will use mirrors for transmittance of light. Their reliable performance depends largely on the degradation rate of the first mirror, which is exposed directly to the plasma. The impact of neutral fluxes of D, T and Be from the plasma is the most critical issue for the first mirror. The flux of high-energy atoms of operation gas can produce the physical sputtering of the mirror's surface. At the same time, redeposition of Be from the first wall can contaminate the mirror surface with films. In this work, a conservative estimation of vacuum mirrors' degradation rate for the equatorial channels of H-alpha and Visible Spectroscopy is performed for stationary ITER modes with Zemax OpticStudio software. The results show that the working area of the first mirrors will be located in an erosion-dominated zone with erosion rate no more than 100 nm/year, which is acceptable for the mirrors made of single-crystal molybdenum. Formation of Be films is expected only on the edges of the mirrors outside the working area. Possible contamination of the working area due to accidents or plasma events can be eliminated by the mirror cleaning system, which will be built in the first mirror unit. Estimations made for the rest vacuum mirrors predict insignificant degradation rate due to a long distance from the plasma.