Flowing liquid lithium wall (FLiLi), as an alternative solution of solid first wall, is possible to solve some key issues including particle recycling, high heat flux and neutron irradiation for future fusion reactor, which gets more and more attentions. It is very important to solve the compatibility problem between FLiLi and high confinement plasma (H-mode), and to in particularly investigate interactions between FLiLi and edge localized mode (ELM) with transient high heat flux resulting in wall materials serious erosion. Therefore, this project proposes to study the interaction between flowing liquid Li wall and edge localized mode and its mechanism during high parameter H-mode plasmas. Firstly, it is to systematically study Li passive efflux from FLiLi surface via Li sputtering and evaporation rates respectively resulting from ELM strong particle and heat flux impactions. Combined with the experimental study and auxiliary numerical simulation, Li edge transport and distribution rule will be understood. And then, ELM mitigation and its mechanism affected by FLiLi will be investigated in detail. By analysis of edge pedestal plasma density and temperature profiles, and property of turbulence w/o FLiLi, it can reveal the underlying mechanism of ELM mitigation by applying FLiLi from macroscopic and microcosmic layers. The results of this project provide valuable reference for FLiLi served as PFCs at high heat flux zone in the future fusion reactor device.
流动液态锂壁作为固态第一壁的替代方案,解决未来聚变堆装置再循环、高热负荷及中子辐照等难题,越来越被聚变界重视。解决流动液态锂壁与高约束(H模)等离子体的兼容性问题极为重要,其中流动液态锂壁与具有瞬态高热负荷的、易引起第一壁材料腐蚀的边界局域模(ELM)相互作用研究尤为关键。本项目依托EAST聚变装置平台,系统地开展流动液态锂壁与高参数H模放电中ELM的相互作用及机理研究。从研究ELM引起的强粒子及热流轰击下锂的溅射与蒸发等‘被动’锂流出行为出发,采用实验研究与辅助的数值模拟相结合的方法,阐明流出的锂在边界输运及分布规律。在此基础上重点研究流动液态锂对ELM的缓解效果及机制,通过分析锂引起的等离子体边界台基参数及湍流涨落特性的变化,从宏观和微观的角度揭示流动液态锂缓解ELM的潜在机制。通过本项目的开展,拓展流动液态锂作为未来聚变堆装置高热负荷区第一壁部件应用的可行性,具有重要意义和前瞻性。
流动液态锂壁作为固态第一壁的替代方案,越来越被聚变界重视。解决流动液态锂壁与高约束(H模)等离子体的兼容性问题极为重要,其中流动液态锂壁与具有瞬态高热负荷的、易引起第一壁材料腐蚀的边界局域模(ELM)相互作用研究尤为关键。为研究液态锂对高参数H模等离子体ELM的缓解问题,依托EAST超导托卡马克平台,取得了一系列研究成果: 1)研发了两代先进的流动液态锂限制器,提高了液态锂流动均匀性(>85%)、基底的抗腐蚀能够力、限制器的热移除能力。在液态锂实验中,实现了不同等离子体运行区间下液态锂对ELM的有效缓解或完全抑制。2)研究了液态锂表面的温度、蒸发速率变化,采用三维边界输运程序EMC3-EIRENE,阐明了液态锂条件下的边界等离子体和锂杂质输运特性。3)理论研究方面,明确了流动液态锂对燃料粒子再循环、台基结构及湍流的影响,阐明了液态锂缓解ELM得物理机制。发表致谢本基金项目的重要论文30篇、邀请报告4次、授权发明专利8项。项目预期目标的顺利完成,拓展流动液态锂作为未来聚变堆装置高热负荷区第一壁部件应用的可行性,具有重要意义和前瞻性。
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数据更新时间:2023-05-31
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