Диссертация (1137074), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Это может быть результатом некоторого смещениямагнитных поверхностей к оси тора. На Рисунке 4.8б показаны распределениялития, собранного кольцевой диафрагмой в условиях использования в качествеосновного лимитера графитового лимитера. [39]129абРисунок 4.8. Распределения лития по азимуту кольцевого лимитера с (а) и без(б) горизонтального литиевого лимитера (вертикальная черта – вертикальнаяось токамака, слева – ионная сторона, справа – электронная)4.3.5.
Основные результаты экспериментальной кампанииНа Рисунке 4.9 показан кольцевой лимитер после извлечения извакуумной камеры. Видно, что он в рабочем состоянии. На Рисунке можнозаметить белёсые отложения — собранный литий. Основные результатыпроведённой экспериментальной кампании:1) определеноабсолютноеколичествособранноголитиязаэкспериментальную кампанию в 1000 разрядов: 220±20 мг, что соответствуетрасходу лития 1,1 мг/с в условиях данного токамака. Доля лития участвующегов процессе циркуляции 80%. Полученные результаты свидетельствуют очрезвычайной экономичности защиты внутрикамерных элементов с помощьюпереизлученияпосравнению,например,сметодомтекущей130жидкометаллической плёнки [14, 15], в котором расход вещества составляет 10…100 г/с (оценка для токамака Т-11М);2) вэкспериментахскольцевымлимитеромколичестволития,достигающего стенок вакуумной камеры, составляет 1% от всего количестватеряемого лития, в экспериментах без кольцевого лимитера этот показательувеличивается до 10%;3) основнойпотоклитиянакольцевойлимитерприходитсгоризонтального лимитера, а не со стенок камеры.абРисунок 4.9.
Вид кольцевого лимитера сразу после извлечения из вакуумнойкамеры токамака Т-11М: а – электронная сторона, б – ионная сторона4.4.Исследованиетранспортировкилитиявэкспериментахслитиевыми вертикальным, горизонтальным и графитовым лимитерами.Цель данного исследования — получение реальной картины динамикилитиевогопереносавусловияхтокамакаТ-11Мприиспользованиивертикального и горизонтального литиевых лимитеров, а также создание131замкнутого контура литиевой циркуляции на основе бадминтонной модели[39].Самым примитивным вариантом организации замкнутой циркуляциилития в токамаке может стать периодическое извлечение кольцевого лимитераколлектора из вакуумной камеры токамака с извлечением из него захваченноголития и механическим его возвратом в зону эмиссии.
Очевидно, чтопериодическая разгерметизация токамака недопустима в будущих ИТЭРподобных реакторах. Одной из наименее затратных схем организациизамкнутойлитиевойциркуляции,какпоказываетанализ,являетсябадминтонная модель (Рисунок 1.13б). Её суть кратко изложена в главе 1.Применение этой схемы позволяет создать замкнутый циркуляционный контурбез переделки уже существующих токамаков, что, несомненно, является однимиз главных достоинств модели.4.4.1. Размещение лимитеров, диагностических устройств в камеретокамака Т-11МСхема расположения лимитеров токамака Т-11М и диагностическихустройств, использовавшихся в экспериментах, показана на Рисунках 2.2, 3.1.
Вданной серии экспериментов использовались горизонтальный и вертикальныйлитиевые лимитеры и графитовый горизонтальный лимитер.Динамика поведения литиевых и водородных потоков, циркулирующих вобласти между плазмой и лимитерами, исследовалась методом регистрациирекомбинационного излучения на графитовом лимитере. В дополнение квышеописанному диагностическому оборудованию в экспериментах былаиспользована скоростная камера с временным разрешением 4 мс. Снимки,полученные с этой камеры, показаны на Рисунке 4.10. Они ясно доказываютпринципиальную возможность функционирования бадминтонной модели.
Наснимках видно, что нейтральный литий проникает вглубь плазмы не более, чемна 1 см вдоль и поперёк магнитного поля. В то же время имеет место глубокое132проникновение лития вглубь SOL (яркое свечение распространяется вдольбоковой поверхности горизонтального лимитера на 5 см).абРисунок 4.10. Снимки интенсивности свечения линии нейтрального литиявблизи поверхности горизонтального (а) и вертикального (б) лимитеров вквазистационарной фазе разряда Т-11М4.4.2.
Определение оптимального радиального смещения коллектораотносительно эмиттераВ процессе реализации замкнутой литиевой циркуляционной петли спомощью бадминтонной модели возникает вопрос выбора оптимальногорадиального смещения коллектора относительно эмиттера. Как показалиранние эксперименты [39], литий в SOL распространяется на глубину внесколькосантиметров,иэтавеличинаопределяетсядвумяпротивоборствующими процессами:1) захват лития поверхностью коллектора;2) распыление лития пучками электронов и ионов, приходящих изплазмы.133Однако в проведённых экспериментах литий мог осаждаться не только врезультате рабочего импульса токамака, но и в ходе предварительногокондиционированиястеноквакуумнойкамеры.Дляподтвержденияпредположения о том, что основной поток лития идёт именно с лимитера былпроведён специальный эксперимент.
Его суть заключалась в измерениилитиевого потока с вертикального литиевого лимитера на горизонтальныйграфитовый лимитер.Начальная конфигурация лимитеров: вертикальный лимитер выступает вроли главного (r=20 см), графитовый — в его тени (r=24 см). После двухимпульсов вертикальный лимитер убирается в патрубок, а графитовыйстановится главным. Для его «очистки» от осажденного на нем литиядостаточно 1 – 2 импульса при использовании его в качестве основноголимитера токамака Т-11М. Результаты эксперимента приведены на Рисунке4.11.
По оси абсцисс — номера импульсов токамака, по оси ординат —интенсивность литиевой (LiC) и водородной (НαС) эмиссии в относительныхединицах, а также плотность плазмы <Ne>, усредненная по радиусу шнура. Всевеличины — для квазистационарной фазы разряда.В импульсах 309781 – 83 графитовый лимитер находится в тенивертикального литиевого в роли «коллектора» и рекомбинационной мишени.Перед импульсом 84 вертикальный лимитер убирается в патрубок, аграфитовый вводится в плазму. В процессе импульса 84 имеет место такназываемая «вспышка».
Видно, что поток лития резко падает, немногоснижается плотность плазмы и поток водорода. Рассмотрение кривой литиевойэмиссии в пятикратном масштабе выявляет наличие её локального увеличения.Данный факт указывает на то, что это литий, осевший на графитовом лимитерев 2х предыдущих импульсах.На Рисунке 4.12 это локальное увеличениевыделено с помощью преобразования: показана зависимость безразмернойвеличины, образованной делением разности Δu между первым (u1) и вторым(u2) литиевыми сигналами после «вспышки» на полусумму u1+u2, от глубинысмещения графитового лимитера в тень вертикального литиевого.
Также на134Рисунке 4.12 приведена зависимость количества отложенного лития на боковыхстенкахгоризонтальноголимитера(кривая№2),полученнаявКривая№1ходеэкспериментов, описанных в работе [39].Рисунок 4.11. Эмиссия лития иРисунокводородараспределениелитиявертикальноголитиевогосповерхностиграфитового лимитера4.12.полученное«методомв–тенилимитера,вспышки»,кривая №2 – количество отложенноголитиянабоковыхстенкахгоризонтального лимитера из [39]Анализ двух кривых показывает, что наибольшее количество литиянаходится в зоне 22…25 см, однако при r>25 см характер кривых различается.Такое различие можно объяснить наличием лития, осевшего на стенкивакуумной камеры в процессе её кондиционирования.Резюмируя, можно утверждать, что для экспериментов с вертикальным,горизонтальнымлитиевымилимитерамитокамакаТ-11Моптимальноесмещение коллектора относительно эмиттера составляет 3...4 см по r.
Такоерадиальное смещение обеспечивает нахождение коллектора в зоне смаксимальным количеством эмитированного лития.1354.4.3. Эксперименты по определению радиального распределениялития в SOL при использовании вертикального литиевого лимитера натокамаке Т-11МБылипроведеныэкспериментыпоопределениюрадиальногораспределения лития при использовании вертикального лимитера (аналогичныепроведённымдлякольцевоголимитера—Рисунок4.7).Результатыпредставлены на Рисунке 4.13. Показаны распределения от одиночноговертикального лимитера и от совместного использования вертикального игоризонтального лимитера.
В первом случае характерная длина спада равна 3,5см, во втором — 2,5 см. Сравнение Рисунка 4.13 с Рисунком 4.7 показывает, чтохарактерная длина спада в случае с вертикальным лимитером увеличивается посравнению с горизонтальным. Это можно объяснить увеличением площадиоткрытойлитиевойповерхности.Примечателенрезультатсовместногоиспользования двух лимитеров: полученная длина спада меньше, чем в случаеодиночного применения лимитеров. Это означает, что имеет место эффектмультипликативности, что даёт возможность регулировать распространениелития вглубь SOL простым изменением количества лимитеров.Также был поставлен эксперимент по определению радиальногораспределения лития в SOL при использовании «горячего» (нагретого вышетемпературы плавления лития) и «холодного» (нагретого ниже температурыплавления лития) вертикального лимитера.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
