Диссертация (1137074), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Результаты показаны на Рисунке4.14. Отчётливо видно, что в случае «холодного» лимитера характерная длинаспада ниже, чем в случае «горячего» лимитера. Это объясняется уменьшениемэмиссионной способности концов вертикального лимитера. Данный эффект,как и мультипликативность, можно использовать в будущих работах попрофилированию потоков лития в SOL токамаков.136Рисунок4.13.распределениелитияпривертикальногоРадиальноеэмитированногоиспользовании(V)ивертикального с горизонтальнымРисунок4.14.Радиальноераспределение эмитированного литияприиспользовании(Т=230°С) и«горячего»«холодного»(Т=60°С)вертикального лимитера(V+H) лимитеров4.4.4. Эксперименты с переменным использованием горизонтальногои вертикального лимитеров в роли «эмиттера» и «коллектора»Появлениевертикальноголитиевоголимитеравдополнениекгоризонтальному в составе токамака Т-11М позволило провести испытаниебадминтонной модели.
Было поставлено два эксперимента.В первом эксперименте роль эмиттера выполнял вертикальный лимитер,роль коллектора — соответственно горизонтальный (r=23 см). На Рисунке 4.15показаны распределения лития по радиусу для одиночного вертикальноголимитера и для случая, соответвующего эксперименту. Видно, что при r=23 смимеет место «излом», который свидетельствует об изменении характернойдлины спада лития в данном случае с 3,5 до 2 см. Такое уменьшение говорит оболее эффективном захвате эмитированного лития на отрезке r>23 см. Этопрямое доказательство сбора лития горизонтальным лимитером.137После 10 рабочих импульсов горизонтальный лимитер вводится в плазму(r=20 см), а вертикальный убирается в патрубок. Следующие за этим дваразряда реализуют вышеописанный метод «вспышки», однако в случае слитиевым лимитером увеличение эмиссии лития не предполагалось (онастрогая функция температуры литиевой поверхности).
В этих разрядахожидался всплеск водородной эмиссии (атомов водорода захваченных впроцессе осаждения эмитированного лития на коллектор). Такой всплеск былзафиксирован. Наравне с ним было зафиксировано падение литиевой эмиссии,что можно связать с падением температуры около литиевой поверхности врезультате выброса водорода. На Рисунке 4.16 показана эволюция эмиссиилития и водорода в первом (сплошная линия) и во втором (пунктирная линия)разрядах после изменения положения лимитеров (после накопления литиягоризонтальным лимитером).Рисунок 4.15. Распределение литияРисунок 4.16. Развитие эмиссионныхпорадиусудляодиночногопотоковвертикальногоикомбинациигоризонтального литиевого лимитера вовертикального(r=20горизонтальноголитиевых лимитеров(r=23см)исм)времялития«первого»иводорода(сплошная)и«второго» (пунктир) рабочих импульсовпосле изменения положения лимитеров138Второй эксперимент был аналогичен первому, только вначале в качествеэмиттеравыступалгоризонтальныйлимитер(r=20см),вертикальныйнаходился в его тени (r=23 см).
После 10 разрядов лимитеры менялись ролями,и в первых двух разрядах фиксировалась эмиссия лития и водорода споверхности нового эмиттера.Эксперимент ставился как с «холодным»(T=60C), так и с «горячим» (T=230 C) вертикальным лимитером. В результатеэкспериментов с «горячим» коллектором литиевая эмиссия не измениласьпосле 10 разрядов, однако в случае с «холодным» — заметно снизилась (на 10 –20%)споследующимвосстановлениемвовторомразряде.Данное«проседание» литиевой эмиссии в случае «холодного» коллектора можнообъяснить наличием примесей в эмитированном литии (на момент проведенияэкспериментовповерхностьгоризонтальноголимитерабылаотравленапримесями, которые отложились там за 2 года работы). В случае «горячего»коллектора все примеси растворялись в литии и не давали эффекта«проседания»эмиссии.Этообъяснениеподтверждаетсяповедениемрентгеновского излучения.
В рабочих импульсах с горизонтальным литиевымлимитером рентгеновский сигнал существенно выше, чем в импульсах сотносительно новым вертикальным лимитером.4.4.5. Результаты экспериментальной кампанииПосле окончания экспериментальной кампании литиевые лимитеры былиизвлечены из вакуумной камеры токамака Т-11М. Фотографии отработавшихлимитеров показаны на Рисунках 4.17 и 4.18. Показаны фото лимитеровизвлечённые после 1000 разрядов (4.17а и 4.18а) и лимитеры после полногоистощения запаса лития (4.17б, в и 4.18б, в).
Видно, что в первом случаелитиевая поверхность обоих лимитеров находится в рабочем состоянии. Вовтором случае же видны характерные разрушения КПС, причём интересноотметить, что повреждения КПС (белые пятна на фотографиях) дают нам139отчётливую картину горячих зон лимитеров. Как и показал расчёт самаяблизкая точка к плазме лимитера («верхушка») не испытала разрушений, асамые энергонапряжённые зоны — отвечают центральному углу лимитера 45…60°.
Также снимки подтверждают утверждение, что электронная сторонаподвергается большей нагрузке как тепловой, так и от бомбардировкичастицами, в том числе и ускоренными пучками релятивистских электронов.Наблюдения за вертикальным лимитером в процессе экспериментовпоказали полное удержание лития капиллярно-пористой системой, несмотря наопасения стекания в начале проектирования.ааiеббввРисуноклитиевый4.17.ГоризонтальныйлимитерпослеРисунок 4.18. Вертикальный литиевыйлимитерпослеизвлечениякамерыизвлечения из ваккуумной камерываккуумнойпосле 1000 разрядов (а), послеразрядовокончания всей экспериментальнойэкспериментальной кампании – ионнаякампании – электронная сторонаи электронная стороны (б), электронная(б), ионная сторона (в)сторона укрупнённо (в)(а),послепослеиз1000окончания140Основные результаты экспериментальной кампании:1) продемонстрированапринципиальнаявозможностьсозданиязамкнутого литиевого циркуляционного контура в рамках бадминтонноймодели;2) определено оптимальное смещение коллектора относительно эмиттерапри реализации бадминтонной модели.
Величина смещения — 3…4 см;3) определены распределения эмитированного лития в SOL в случаеодиночного вертикального и в различных конфигурациях комбинированноголимитера (горизонтальный + вертикальный), в том числе при различныхтемпературах вертикального лимитера;4) установленэффектмультипликативности,которыйпозволяетуправлять профилем распределения лития в SOL измененяя число работающихлимитеров;5) показано, что начальная температура коллектора напрямую влияет нараспределениелитиявSOL,чтосвязываетсясегоэмиссионнымихарактеристиками;6) показано, что в случае «холодного» коллектора критичным дляреализациибадминтонноймоделиможетстатьналичиепримесейвэмитированном литии, которые переизлучают, охлаждают периферию и, темсамым, снижают величину литиевой эмиссии;7) в случае «горячего» коллектора подобным образом себя ведёт водород,однако уменьшение литиевой эмиссии имеет место только в начальной фазеразряда;8) подтверждены расчёты зон максимального энерговыделения приёмнойповерхности лимитеров;9) доказано полное удержание лития капилляно-пористой системойвертикального лимитера.1414.5.
Первые эксперименты с продольным литиевым лимитеромЦель исследования — продолжение экспериментов с литиевымилимитерами для оптимизации распределения литиевого профиля в SOL.Данный этап исследований предусматривает эксперименты с продольнымлимитером (как в качестве главного, так и в качестве дополнительного,размещённого в тени вертикального).4.5.1. 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 продольный 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.4.5.2.
Эксперименты по определению радиального распределениялития в SOL при использовании продольного и вертикального литиевыхлимитеров на токамаке Т-11МРадиальное распределение лития в SOL токамака в проведённыхэкспериментах показано на Рисунке 4.19 [70]. Эксперименты показали, что прииспользованиипродольноголимитеравкачествеэмиттералития,авертикального — в качестве коллектора характерная длина спада литиевыхпотоков в SOL составляет 2,9 см. При изменении ролей лимитеров (продольныйв роли коллектора, вертикальный в роли эмиттера) характерная длина спадауменьшалась до 1,5 см.
Все кривые на Рисунке 4.19 имеют «излом», связанный142с действием коллектора. Однако по сравнению с экспериментами сгоризонтальным и вертикальным лимитерами видно, что введение продольногов качестве коллектора сильнее уменьшает длину спада потоков лития впериферийной части плазмы, хотя в пристеночной области этот показательдаже немного возрос. Для оптимизации бадминтонной модели наиболеекритичен показатель спада в периферийной плазме, поэтому его увеличение устенки токамака, связанное, видимо, с увеличением эмиссионной способностиудлинённых концов продольного лимитера, не столь проблематично.Рисунок4.19.Радиальноераспределениеэмитированноголитиявэкспериментах с продольным лимитером: кривая 1 – продольный лимитер вроли эмиттера, вертикальный – в роли коллектра, кривая 2 – вертикальныйлимитер в роли эмиттера, продольный – в роли коллектораТакже, в экспериментах с продольным лимитером были подтвержденырасчёты увеличения температуры за разряд, и, соответственно, расчётыприходящей мощности: за разряд средняя температура лимитера, измереннаятермопарами, повышалась на 6°С, в расчётах максимальное увеличениетемпературы — 10°С.143На Рисунке 4.20 приведены фотографии продольного литиевого лимитерав процессе разряда.
Фотографии были сделаны с помощью скоростной цветнойкамеры с временным разрешением 4 мс.Рисунок 4.20. Снимки продольного лимитера в процессе разряда: а –квазистационарная фаза разряда, б – конец разряда, в – бомбардировкарелятивистскими электронами (срыв разряда). Розовый цвет – свечениенейтрального лития, зелёный – некорональное излучение ионов лития4.5.3.Схемастационарноготермоядерногореакторасиспользованием литиевых лимитеровПроведённые эксперименты позволили выстроить схему стационарноготермоядерного реактора (Рисунок 4.21). В соответствие с ней роль коллектораисполняютнекотороечислопродольныхлимитеров,аэмиттера—вертикальный лимитер. В данном исполнении ведение дополнительныхколлекторов решает проблему завышенной длины спада лития (эффект144мультипликативности). Замыкание контура в данной схеме предполагается спомощью электромагнитного насоса с попутным извлечением из негозахваченноготритияидейтерияпростымпрогревом.Откачкагелияосуществляется с помощью обычных насосов напрямую из вакуумной камеры[71].баРисунок 4.21.
Схема предполагаемого стационарного термоядерного реакторана основе внутрикамерных литиевых устройств: а – принцип работы, б –расположение коллекторов (вид сверху)Резюмируя можно сказать:1) проведённые эксперименты с продольным и вертикальным литиевымилимитерами показали наиболее оптимальное сочетание для стационарногореактора — продольный в качестве коллектора, вертикальный в качествеэмиттера;2) полученное значение характерного спада лития в SOL = 1,5 смпланируется уменьшить до = 1 см с помощью ввода дополнительныхколлекторов (используя эффект мультипликативности).1454.6. Эксперименты по сбору лития криогенной мишеньюЦель исследования — демонстрация предложенного ранее [67] методаочистки стенок разрядной камеры тлеющим разрядом с последующим сборомлития криогенной мишенью, определение эффективности этого метода взависимости от использования различных рабочих газов, нагрева стеноккамеры, подачи разности потенциалов между мишенью и камерой, начальнойчистоты стенок, а также проведение экспериментов, в которых криогеннаямишень выступает в роли коллектора в штатном разряде токамака.4.6.1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
