Работа посвящена моделированию системы противотока в литиевом испарительном диверторе разрабатываемого токамака ДЕМО-ТИН. Рассматривалась конструкция дивертора, состоящая из трех последовательно соединенных камер, заполненных парами лития, на которых высаживается идущая из плазмы мощность. Целью работы являлась выработка методик снижения потока лития из дивертора в основной объем плазмы токамака. Идея состояла в реализации дополнительного направленного противотока, который за счет динамического давления подавляет выход испаренного плазмой лития из более горячей камеры в более холодную. Для этого в одну из камер помещался источник лития, оборудованный соплом. Представлены результаты расчета параметров источника паров и создаваемого им противотока лития как для простого щелевого сопла на выходе из источника, так и для сопла Лаваля. Рассмотрены два варианта расположения источника. Полученные оценки подтвердили возможность подавления потока лития из испарительной камеры дивертора, позволили выбрать технически реализуемые параметры источника и сопла, а также оптимальный вариант его расположения. Результаты могут быть применены на токамаках, оборудованных испарительным литиевым дивертором.

The given work is devoted to the modeling of the counterflow system in the lithium evaporative divertor of the DEMO-FNS tokamak. We considered a divertor design consisting of three series-connected chambers filled with lithium vapor, on which the power coming from the plasma was applied. The aim of the work was to develop methods for reducing the flow of lithium from the divertor into the main plasma volume of the tokamak. The idea was to implement an additional directional counterflow, which, due to dynamic pressure, suppresses the escape of plasma-vaporized lithium from a hotter chamber to a colder one. For this, a lithium source equipped with a nozzle was placed in one of the chambers. The results of calculating the parameters of the vapor source and the counterflow of lithium produced by the source both for a simple slotted nozzle at the exit of the source and for the Laval nozzle are presented. Two options for the source location are considered. The estimates obtained confirmed the possibility of suppressing the flow of lithium from the divertor evaporation chamber, made it possible to select technically feasible parameters of the source and nozzle, as well as the best option for its location. The results can be applied on tokamaks equipped with an evaporative lithium diverter.

• Содержание
• Введение
• На настоящий момент одна из проблем, с которой столкнулись при строительстве ИТЭР, связана с конструкцией его дивертора. Часть частиц со стенок вакуумной камеры неизбежно попадают в плазменный шнур, из-за чего плазма охлаждается за счет излучения прим...
• Очевидно, что с приближением параметров плазмы к границе зажигания растет тепловая нагрузка на дивертор. Современный вариант дивертора ИТЭР очень слабо решает проблему отвода приходящего из плазмы потока энергии и поддержания на приемлемом уровне тем...
• Одним из наиболее перспективных методов решения данной проблемы является использование на подвергающихся мощному потоку энергии и частиц из плазмы поверхностях конструкций с использованием жидких металлов (литий, олово, галлий, сплав лития со свинцом...
• Оценка перспективности применения лития в качестве материала лимитера на практике представлена в работе [5]. В ней описываются эксперименты на токамаке Т-11М с использованием КПС. Они представляли собой заполненные литием слоистые структуры, образова...
• Опыты на Т-11М по изучению свойств жидкометаллических лимитеров проводились в условиях, когда на поверхность лимитера Т-11М будут поступать удельные тепловые нагрузки, сравнимые с предельной величиной 10 МВ/м2 [5].
• Одним из первых наиболее важных результатов экспериментов на Т-11М было то, что при температурах поверхности лимитера от 20 до 600 ºС для МГД-устойчивых режимов разряда не обнаружилось каких-либо явлений, сопровождаемых спонтанным поступлением лития ...
• Также в ходе экспериментов было подтверждено предположение, что повышением начальной температуры лимитера Т-11М можно увеличивать поступление лития в разряд. За счет переизлучения теплового потока на стенку формирующимся на периферии плазмы слоем, со...
• В результате использования лития режим работы установки изменился. Он стал характеризоваться резко возросшей сорбцией D и Н на частично покрытых литием стенках разрядной камеры. Это следствие процесса рециклинга. Он связан с последовательным поглоще...
• Также на Т-11М было обнаружено еще и поглощение Не с медленной десорбцией (на протяжении 20-100 с после разряда) [5], что может быть важно с точки зрения исследования возможностей вывода гелиевой золы в будущих термоядерных реакторах.
• Ещё одно достоинство литиевых КПС — высокая стойкость по отношению к импульсным тепловым нагрузкам, развивающимся в срывах. Как показали стендовые испытания, моделирующие такие нагрузки, только 1—5% падающего потока тепла достигает поверхности КПС, эк...
• После успешного эксперимента на Т-11М, литиевый лимитер с КПС был протестирован и на итальянском токамаке FTU, основные результаты были изложены в статье [7]. Жидкий литиевый лимитер состоял из трех раздельных и электрически изолированных модулей. Дв...
• В первых экспериментах жидкий литиевый лимитер использовался главным образом в качестве активного источника для нанесения тонкой пленки Li на внутреннюю стенку во время плазменных разрядов (литизация). По сравнению с нелитизированными разрядами со сх...
• За счет описанного воздействия лития на периферийную плазму удалось расширить предел плотности до самого высокого из полученных к тому моменту значений (= 4×1020 м-3 при Ip = 0,7 МА и BT = 7,1 Т, qa =5) и увеличить время удержания энергии почти ...
• Эксперименты с жидкими литиевыми лимитерами проводились также и на китайском токамаке EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak), где был испытан литиевый лимитер с открытой поверхностью [8]. Он должен был создавать непрерывно текущую пленку...