Application of powerful quasi-steady-state plasma accelerators for simulation of ITER transient heat loads on divertor surfaces

Abstract

The paper presents the investigations of high power plasma interaction with material surfaces under conditions simulating the ITER disruptions and type I ELMs. Different materials were exposed to plasma with repetitive pulses of 250 µs duration, the ion energy of up to 0.6 keV, and the heat loads varying in the 0.5-25 MJ m −2 range. The plasma energy transfer to the material surface versus impact load has been analysed. The fraction of plasma energy that is absorbed by the target surface is rapidly decreased with the achievement of the evaporation onset for exposed targets. The distributions of evaporated material in front of the target surface and the thickness of the shielding layer are found to be strongly dependent on the target atomic mass. The surface analysis of tungsten targets exposed to quasi-steady-state plasma accelerators plasma streams is presented together with measurements of the melting onset load and evaporation threshold, and also of erosion patterns with increasing heat load and the number of plasma pulses.

Model of the nonequilibrium ionization process taking into account the level kinetics and radiation transport in the channel of plasma accelerator

“…Однако учет поуровневой кинетики и переноса излучения приводит к тому, что фронт ионизации заметно смещается влево по сравнению с расчетом в МДП приближении. 3 n , 4 n , 5 n и т.д.…”

“…В простейших системах процессы происходят при наличии азимутального магнитного поля  H , которое генерируется электрическим током, проходящим вдоль внутреннего электрода. Процесс ионизации и предварительного ускорения плазмы происходит, в частности, в первой ступени двухступенчатого КСПУ [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10][11]. Плазменные ускорители являются многофункциональными системами, предназначенными для различных технологических приложений, термоядерных исследований, а также представляют интерес для разработки перспективных мощных электрореактивных плазменных двигателей.…”

3D model of the radiation transport in flows of the ionizing gas and plasma

“…Соответствующие теоретические, численные и экспериментальные исследования динамики потоков ионизующегося газа и плазмы составляют одно из научных направлений, связанных с квазистационарными плазменными ускорителями (КСПУ) и магнитоплазменными компрессорами (МПК) [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13][14]. В этих системах рассматриваются трансзвуковые потоки плазмы, в том числе при наличии дополнительного продольного магнитного поля [15,16], изучаются приэлектродные процессы, обусловленные эффектом Холла и предшествующие явлению кризиса тока [17], исследуются компрессионные потоки, перенос излучения [18][19][20] и динамика примесей, а также разрабатываются численные модели процесса ионизации [21,22] различного уровня сложности.…”

A Thomson-type mass and energy spectrometer for characterizing ion energy distributions in a coaxial plasma gun operating in a gas-puff mode

“…[11][12][13] The most common mode of operation of the coaxial plasma accelerator occurs when the process gases are introduced to the accelerator before the initiation of breakdown. In this socalled "snowplow" mode, a current sheet is formed upon breakdown and propagates along the length of the accelerator due to J Â B forces, propelling both the ionized gases and the neutral gases in front of the sheet to high velocities.…”