Topiți eroziunea stratului în timpul încărcării de căldură asemănătoare ELM pe molibden ca alternativă cu plasmă
Subiecte
Abstract
Introducere
Instabilitățile din cadrul plasmelor de fuziune compromit integritatea structurală a componentelor cu plasmă înconjurătoare (PFC). Dispozitivele de fuziune magnetică (de exemplu, ITER) experimentează descărcări periodice de plasmă la fluxuri foarte ridicate în timp ce funcționează în modul preferat de închidere ridicată (modul H) 1. Modurile localizate pe margini (ELM) sunt evenimente care implică relaxare repetitivă a plasmei de margine în timpul funcționării. Diferite tipuri de ELM sunt clasificate în funcție de pierderea lor de putere și de fluxul lor de vârf către regiunea divertorului. ELM-urile de tip I sunt cele mai grave, transmitând până la 10% din energia plasmatică centrală pe suprafața PFC cu o rată de repetare cuprinsă între 1-10 Hz 2,3,4. Ca urmare a încălzirii intense, suprafața PFC se poate fisura sau topi, ducând la deteriorarea componentelor și contaminarea plasmei de fuziune 5,6,7. S-au depus eforturi pentru a reduce magnitudinea încărcării de căldură ELM prin relaxare forțată (de exemplu, injecție de pelete) 1.8. Cu toate acestea, estimările recente sugerează că ELM-urile atenuate ar putea deține în continuare densități de energie până la
1,0 MJ m −2 (la frecvențe
50 Hz) 9,10,11. ELM-urile nemetelizate (ELM-urile gigantice) vor furniza fluxuri de căldură mai mari de ordinul mai multor MJ m −2 2,12,13. Determinarea ferestrelor de operare sigure pentru a minimiza crăparea și topirea, ca răspuns la aceste evenimente tranzitorii, va ajuta la optimizarea duratei de viață a PFC și a performanței dispozitivului.
Tungsten (W) este în prezent principalul material candidat pentru PFC-uri în dispozitivele de fuziune actuale și viitoare. Proiectul ITER va folosi W ca material principal de divertisment 14. Avantajele utilizării W într-un mediu de fuziune includ punctul său de topire ridicat, conductivitatea termică ridicată, randamentul scăzut de pulverizare și retenția scăzută de tritiu 15,16. Atât eforturile experimentale, cât și cele de modelare (TMAP) au caracterizat cu succes energiile capcană pentru diferiți izotopi de hidrogen (de exemplu, deuteriu și tritiu) în tungsten 17,18,19. Din păcate, răspunsul slab al suprafeței W la iradiere He + cu energie scăzută (în special la temperaturi ridicate) și ELM-uri fără atenuare ar putea prezenta probleme serioase pentru viabilitatea sa ca viitor PFC. Experimentele făcute în laborator și în tokamakul Alcator C-Mod au arătat că grilajele la scară nanometrică cresc pe suprafața W ca răspuns la iradiere He + cu energie scăzută la temperaturi ridicate 20,21,22,23. Stratul nanostructurat, denumit „fuzz”, a arătat că prezintă proprietăți termice, mecanice și structurale reduse 15,24,25. O reducere observată a conductivității termice a