近日,等離子體所托卡馬克物理研究室真空及等離子體壁相互作用課組在流動液態(tài)鋰第一壁研究方面取得新進(jìn)展,相關(guān)論文以“Mitigation of plasma–material interactions via passive Li efflux from the surface of a flowing liquid lithium limiter in EAST”為題發(fā)表于核聚變領(lǐng)域頂級期刊Nuclear Fusion雜志上[Nuclear Fusion, 57 (2017) 046017 (11pp)]。
流動液態(tài)鋰壁作為固態(tài)第一壁的替代方案,解決未來聚變堆裝置再循環(huán)、高熱負(fù)荷及中子輻照等難題,越來越被聚變界重視。在EAST裝置上,利用裝置縱場,成功實現(xiàn)了內(nèi)置式電磁泵驅(qū)動下的液態(tài)鋰循環(huán)流動。深入研究發(fā)現(xiàn),在等離子體作用下鋰通過蒸發(fā)和濺射等“被動”進(jìn)入等離子體邊界。由于鋰的低電離能,進(jìn)入邊界等離子體的鋰被迅速電離并跟隨刮削層流的方向輸運(yùn),形成一個不均勻分布的鋰輻射層,在一定程度上隔離了高溫等離子體與第一壁材料,降低了從壁材料表面釋放的雜質(zhì)粒子,提高了等離子體的約束。同時,鋰的邊界輻射降低了轟擊到偏濾器靶板的粒子及熱流,非常類似低Z雜質(zhì)引起的熱流降低及脫靶效果。在實驗的基礎(chǔ)上,首次給出了流動液態(tài)鋰壁與等離子體相互作用的反饋模型,流動液態(tài)鋰與等離子體之間可能形成一個自發(fā)、相互耦合的良性循環(huán)系統(tǒng),不僅有利于等離子體約束提高,還能有效降低轟擊到第一壁表面的粒子及熱流,拓展流動液態(tài)鋰作為未來聚變裝置高熱負(fù)荷區(qū)第一壁部件應(yīng)用的可行性。該研究成果得到了國家自然科學(xué)基金和科技部磁約束核聚變專項的資助。
文章鏈接:http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/aa5ea0/meta
鋰在邊界等離子體中的輸運(yùn)過程
流動液態(tài)鋰壁與等離子體相互作用模型
(EAST提供)