Rychle rozmítaný divertor potlačující tepelné pulzy v tokamacích

Abstract

Navzdory tomu, že magneticky udržená termonukleární fúze je díky nově budovaným a plánovaným reaktorům stále realističtější, jedna z osmi zbývajících výzev, přežití tepelného štítu chránící vakuovou komoru reaktoru (tvaru tokamaku) před plazmatem, stále hledá řešení. Jedna z nestabilit plazmatu, Edge Localized Mode (ELM), je pravidelný tepelný puls výrazně ničící tepelný štít. Navrhujeme nový koncept magnetického rozmítání kontaktního bodu plazmatu se štítem (strike-point) dostatečně rychle a daleko, aby se rozložilo tepelné zatížení. Demonstrujeme proveditelnost takového systému specializovaných měděných cívek nacházející se přímo ve vakuové komoře a připojených k rezonančnímu obvodu, včetně indukovaných proudů a výkonové elektroniky, pro EU DEMOnstrační fúzní elektrárnu (EU DEMO). Naše simulace poskytují požadované rozmítání strike-pointu při frekvenci 1 kHz, čímž se potlačuje nárůst povrchové teploty vyvolaný ELM faktorem 3. Když se rozmítání sloučí s jinými známými koncepty zmírnění tepelného toku, ELM by mohly být zmírněny natolik, aby se zajistil bezpečný provoz EU DEMO při módu s vyšším udržením energie.Despite the fact that magnetic thermonuclear fusion is becoming more and more realistic through newly built and planned reactors, one of eight remaining challenges, survival of its heat shield protecting the reactor tokamak vacuum vessel against plasma, is still looking for a solution. One of plasma instabilities, Edge Localized Mode (ELM), is a heat pulse significantly destroying the heat shield. We propose a novel concept of magnetic sweeping of the plasma contact strike point fast and far enough in order to spread the heat loads. We demonstrate feasibility of such system of dedicated in-vessel copper coils connected to a resonant circuit, including the induced currents and power electronics for EU DEMOnstration fusion power plant (EU DEMO). Our simulations yields the desired strike point sweeping at 1 kHz frequency, suppressing the ELM-induced surface temperature rise by a factor of 3. When multiplied by another known mitigation concepts, ELMs might be mitigated enough to ensure safe high-confinement operation of EU DEMO.