EXPERIENCE IN THE DEVELOPMENT OF LIQUID METAL PLASMA FACING ELEMENTS BASED ON CAPILLARY PORE STRUCTURE FOR STEADY STATE OPERATING TOKAMAK (Оverview)

Abstract

Достижение стационарного режима функционирования термоядерного реактора ведёт к необходимости развития в области конст-рукции и выбора материалов для элементов, контактирующих с плазмой. В этом смысле наиболее перспективным решением явля-ется концепция использования капиллярно-пористых систем (КПС) с жидким металлом (в первую очередь с литием), которые обеспечивают самовозобновление поверхности элементов, контактирующих с плазмой, замкнутый оборот в них продуктов корро-зии, повышение параметров плазмы и способствуют достижению постоянного режима её горения. Кроме того, проблема отвода приходящего из плазмы потока энергии высокой степени удельной плотности (20-30 МВт/м 2 ) и поддержания на приемлемом уровне температуры поверхности элементов, контактирующих с плазмой, может быть решена введением специальной системы отвода тепла. В обзоре рассматриваются опыт развития, создания и экспериментального исследования жидкометаллических КПС, базирующийся на результатах испытания моделей элементов, контактирующих с плазмой, с системами термостабилизации в ста-ционарных условиях для токамаков T-11М, Т-10, FTU и КТМ, и различные аспекты применения жидких металлов.Ключевые слова: литий, жидкий металл, капиллярно-пористая система, токамак, взаимодействие плазмы с поверхностью, активное охлаждение. Realization of steady-state operation of fusion reactor leads to the necessity of development of essentially new design and material for plasma facing elements (PFE). In this sense the most perspective solution is the concept of use of capillary-porous system (CPS) with liquid metal that provide PFE surface self-renewal, closed circulation of their corrosion products, plasma performance improvement and promote achievement of practically stationary modes of plasma burning. Furthermore, the problem of power exhaust with high specific density (20-30 МW/m 2 ) and upkeep of a comprehensible level of temperature on PFE surface can be overcame by the introduction of heat removal system into PFE design. Experience in development, creation and experimental study of CPS based models of steady-state operating lithium PFE with systems of thermal stabilization for T-11М, Т-10, FTU and КТМ and different aspects of liquid metal application are considered. EXPERIENCE IN THE DEVELOPMENT OF LIQUID METAL PLASMA FACING ELEMENTS BASED ON CAPILLARY PORE STRUCTURE FOR STEADY STATE OPERATING TOKAMAK (Оverview)AKey words: lithium, liquid metal, capillary-porous system lithium, tokamak, plasma-surface interaction, active cooling. DOI: 10.21517/0202-3822-2017-40-3-5-13 ВВЕДЕНИЕ В настоящее время установлено, что тепловой поток на внутрикамерные элементы (ВЭ) токамака не снижается с увеличением малого радиуса камеры, как надеялись ранее, и заметно возрастает с ростом мощности нагрева плазменного шнура. Это приводит к необходимости разработки новых материалов и конструкций элементов камеры, обращённых к плазме, для обеспечения работы стационарного термо-ядерного реактора, в котором тепловые потоки могут достигать десятков МВт/м 2 , а использование тра-диционных ...