ISTTOK tokamak plasmas influence on a liquid gallium jet dynamic behavior

Gomes, R.; Silva, Carlos; Fernandes, H.; Duarte, P.; Nedzelskiy, I. S.; Lielausis, O.; Klyukin, A.; Platacis, E.

doi:10.1016/j.jnucmat.2010.10.042

“…There have, to date, been few examples of liquid metal PFCs in fusion plasma experiments (CDX-U [2], FTU [3], T11-M [4], ISTTOK [5]) and none in a diverted configuration (though KTM [6] is beginning such development). Liquid metal PFCs include a set of technical challenges that require development before implementation into large machines.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Liquid lithium divertor characteristics and plasma–material interactions in NSTX high-performance plasmas

Jaworski

¹

,

Abrams

²

,

Allain

³

et al. 2013

View full text Add to dashboard Cite

Liquid metal plasma facing components have been proposed as a means of solving several problems facing the creation of economically viable fusion power reactors. To date, few demonstrations exist of this approach in a diverted tokamak and we here provide an overview of such work on the National Spherical Torus Experiment (NSTX). The Liquid Lithium Divertor (LLD) was installed and operated for the 2010 run campaign using evaporated coatings as the filling method. The LLD consisted of a copper-backed structure with porous molybdenum front-face. Nominal Li filling levels by the end of the run campaign exceeded the porosity void fraction by 150%. Despite a nominal liquid level exceeding the capillary structure and peak current densities into the PFCs exceeding 100 [kA/m 2 ], no macroscopic ejection events were observed. In addition, no substrate line emission was observed indicating the lithium provides a protective coating on the molybdenum porous layer. Impurity emission from the divertor suggests that the plasma is interacting with oxygen-contaminated lithium whether diverted on the LLD or not. A database of LLD discharges is analyzed to consider whether there is a net effect on the discharges over the range of total deposited lithium in the machine. Examination of H-97L indicates that performance was constant throughout the run, consistent with the hypothesis that it is the quality of the surface layers of the lithium that impact performance. The accumulation of impurities suggests a fully-flowing liquid lithium system to obtain a steady-state PFC on timescales relevant to NSTX.

show abstract

“…When the magnetic field is only present the length required for capillary break-up to take place increases due to the retardation of the flow induced by the Lorentz force. These effects were verified in the experiments presented in [38,39] and conform with Weber's theory for capillary jet break-up [70].…”

Section:  Bsupporting

confidence: 80%

“…Reference [41] explains Kelvin Helmholtz instabilities in the ejection of droplets from melted layers of tungsten in tests in the plasma gun QSPA-T. Other papers describe experiments on surface motion of liquids in ASDEX-U [37] and ISSTOK. In particular, Gomes and coworkers at ISSTOK performed extensive studies of Ga jets [26,38,39] with various nozzle sizes and flow rates in preparation for tests in ISSTOK with a Ga jet and a graphite limiter. They noted the minimum time to equilibrate flow increased with the nozzle size and that stability was lost for nozzles with diameter larger than 2.5mm.…”

Section: Surface Stability and Mhdmentioning

confidence: 99%

See 1 more Smart Citation

First principles study of the static arrangement of a plasma facing component in the form of a capillary porous system (CPS)

Benos¹,

Μπένος²

0

View full text Add to dashboard Cite

Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή επικεντρώνεται στην μοντελοποίηση εναλλακτικών στοιχείων αντιμετώπισης του πλάσματος υπό μορφή υγρών μετάλλων έτσι ώστε να προστατευτούν τα τοιχώματα του αντιδραστήρα από προβλήματα που σχετίζονται με την αλληλεπίδρασή τους με το πλάσμα, όπως τα πολύ υψηλά θερμικά φορτία και τα μεγάλα φορτία ηλεκτρικού ρεύματος που δημιουργούνται στο κέντρο του αντιδραστήρα και κατευθύνονται προς τον divertor. Τα στοιχεία αντιμετώπισης του πλάσματος υπό μορφή υγρών μετάλλων αποτελούν μία από τις πιο ζωτικής σημασίας τεχνολογικές προκλήσεις των μελλοντικών αντιδραστήρων σύντηξης. Η παρούσα Διδακτορική Διατριβή επικεντρώνεται στη συστοιχία από τζετ ή σταγόνες και κυρίως στην τριχοειδή πορώδη διάταξη (CPS).Όσο αναφορά την μελέτη σχετικά με την συστοιχία από τζετ ή σταγόνες, το απλοποιημένο αριθμητικό μοντέλο παρέχει μια πρώτη εξήγηση για την εκτροπή των παραπάνω από την αρχική τους πορεία σε ένα περιβάλλον TOKAMAK. Επιπλέον, η παρούσα Διδακτορική Διατριβή προσπαθεί μέσα από βασικές αρχές να περιγράψει τις κύριες φάσεις λειτουργίας του CPS. Συγκεκριμένα, μοντελοποιεί-εξηγεί τι συμβαίνει πριν η μηχανή "ανοίξει". Εν συνεχεία, μελετάει τη διεργασία ανατροφοδότησης του υγρού μετάλλου, που ακολουθάει την εξάντλησή του εξαιτίας ενός τεράστιου θερμικού φορτίου, έτσι ώστε να αναγνωριστούν οι κυρίαρχες δυνάμεις που λαμβάνουν χώρα και ενεργούν έτσι ώστε να σπρώχνουν το υγρό μέταλλο προς τα έξω ή ανθίστανται στην κίνησή του. Τέλος, η παρούσα Διδακτορική Διατριβή μελετάει εκτενώς την στατική διαμόρφωση του υγρού μετάλλου υπό μορφή υγρού υμένα που σχηματίζεται στην άνω επιφάνεια του CPS, ως συνάρτηση της επίδρασης της διαφοράς πίεσης, της τοπογραφίας του πορώδους υποστρώματος, εξωτερικών πεδιακών δυνάμεων και ιδιοτήτων διαβροχής του υγρού μετάλλου με το στερεό υπόστρωμα. Εν συντομία, διαπιστώθηκε ότι για ρεαλιστικές διαφορές πίεσης, δηλαδή κοντά σε καταστάσεις κενού, υγροί υμένες τάξεως μικρομέτρων και υπο-μικρομέτρων σχηματίζονται. Σε αυτή την περιοχή το μέγεθος του πόρου και η τοπογραφία του αρχίζουν να παίζουν πολύ σημαντικό ρόλο στην στατική διαμόρφωση. Επίσης, βρέθηκε μία κρίσιμη τιμή της διαφοράς πίεσης, πέραν της οποίας η στατική διαμόρφωση δεν μπορεί να επιτευχθεί. Στην παρουσία ενός μαγνητικού πεδίου και ενός προσπίπτοντος ηλεκτρικού ρεύματος η προαναφερθείσα στατική διαμόρφωση επηρεάζεται εξαιτίας των τάσεων Maxwell που αναπτύσσονται, ενώ η διεπιφάνεια με το πλάσμα σπρώχνεται έξω από τον πόρο όσο η μαγνητική πίεση αυξάνεται.

show abstract

“…Among the possible strategies to face the problem, interest has been attracted by the use of liquid metals [3,4], which, through evaporation, can shield and protect the reactor walls, both in limiter [5][6][7][8] and divertor chambers [9][10][11][12]. Among the metallic elements (Li, Sn, Ga) used in current experimental tests in vapour shielding of PFCs [4,[12][13][14], lithium has proved to be one of the most promising candidates as liquid material [15] in R&D of thermonuclear fusion, due to its high evaporation rate and to its low atomic number, which allows a e-mail: roberto.celiberto@poliba.it (corresponding author)…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Cross sections for the two-step radiative decay process $$X(v)\rightarrow A(v^{\prime \prime })\rightarrow X(v^\prime )$$ in e-LiH collisions

Celiberto

¹

,

Laricchiuta

²

2021

View full text Add to dashboard Cite

The cross sections for the two-step process, represented by the electron-impact vibro-electronic excitation $$X^1\varSigma ^+(v) \rightarrow A^1\varSigma ^+(v'')$$ X 1 Σ + ( v ) → A 1 Σ + ( v ′ ′ ) of the LiH molecule, followed by radiative decay back on the vibrational manifold of the ground state, $$A^1\varSigma ^+(v'')\rightarrow X^1\varSigma ^+(v')$$ A 1 Σ + ( v ′ ′ ) → X 1 Σ + ( v ′ ) , are calculated as a function of the incident electron energy from the threshold to 1000 eV. The final cross sections for the two-step process, which results in an overall vibrational excitation of the molecule, known also as E-v process, are provided for all the possible $$v,v'$$ v , v ′ transitions among the vibrational levels, including the continuum, of the electronic ground state. Graphic abstract

show abstract

ISTTOK tokamak plasmas influence on a liquid gallium jet dynamic behavior

Cited by 12 publications

References 9 publications

Liquid lithium divertor characteristics and plasma–material interactions in NSTX high-performance plasmas

Liquid lithium divertor characteristics and plasma–material interactions in NSTX high-performance plasmas

First principles study of the static arrangement of a plasma facing component in the form of a capillary porous system (CPS)

Cross sections for the two-step radiative decay process $$X(v)\rightarrow A(v^{\prime \prime })\rightarrow X(v^\prime )$$ in e-LiH collisions

Contact Info

Product

Resources

About