Ерозія шару розплаву під час ELM-подібного теплового навантаження на молібден як альтернативна плазмова обробка
Предмети
Анотація
Вступ
Нестійкості в плазмовій плазмі порушують структурну цілісність оточуючих плазмових компонентів (ПФК). Пристрої магнітного термоядерного синтезу (наприклад, ITER) періодично розряджають плазму при дуже великих потоках, працюючи в бажаному режимі з високим обмеженням (H-режим) 1. Локалізовані режими (ЕЛМ) - це події, які передбачають повторюване розслаблення крайової плазми під час роботи. Різні типи ELM класифікуються за втратою потужності та піковим потоком до області дивертора. ELM типу I є найсерйознішими, передаючи до 10% енергії плазми ядра на поверхню PFC зі швидкістю повторення в межах 1–10 Гц 2,3,4. В результаті інтенсивного нагрівання поверхня ПФУ може тріснути або розплавитися, що призведе до пошкодження компонентів та забруднення плазми плавлення 5,6,7. Були зроблені спроби зменшити величину теплового навантаження ELM за рахунок примусової релаксації (наприклад, впорскування гранул) 1,8. Однак останні оцінки свідчать про те, що пом'якшені ELM все ще можуть мати щільність енергії до
1,0 МДж м −2 (на частотах
50 Гц) 9,10,11. Незмікшені ELM (гігантські ELM) забезпечать більші теплові потоки порядку декількох МДж м −2 2,12,13. Визначення безпечних робочих вікон для мінімізації тріщин та плавлення у відповідь на ці перехідні події допоможе оптимізувати термін служби та продуктивність пристрою.
В даний час вольфрам (Вт) є провідним матеріалом-кандидатом на ПФУ у поточних та майбутніх термоядерних пристроях. Проект ITER використовуватиме W як основний матеріал дивертора 14. Переваги використання W у термоядерному середовищі включають його високу температуру плавлення, високу теплопровідність, низький вихід розпилення та низьке утримання тритію 15,16. Як експериментальні, так і модельні (TMAP) зусилля успішно охарактеризували енергії пастки для різних ізотопів водню (наприклад, дейтерію та тритію) у вольфрамі 17,18,19. На жаль, погана реакція поверхні W на низькоенергетичне опромінення He + (особливо при підвищених температурах) та немексовані ELM можуть створити серйозні проблеми для її життєздатності як майбутнього PFC. Експерименти, проведені в лабораторії та в токамаці Alcator C-Mod, показали, що нанорозмірні вусики ростуть на поверхні Ш у відповідь на опромінення He + низьким енергієм при підвищених температурах 20,21,22,23. Показано, що наноструктурований шар, який називають «пухом», має знижені теплові, механічні та структурні властивості 15,24,25. Спостерігається зниження теплопровідності