Návrh a realizace experimentálního zařízení pro ověření rozpustnosti helia v tekutých kovech

Abstract

Palivová soběstačnost budoucích fúzních elektráren je jeden z klíčových problémů, který je nutno vyřešit k úspěšnému energetickému využití termojaderné fúze. Tento problém lze vyřešit zahrnutím breeding blanketu, jehož koncepty jsou však stále ve vývoji. Jedním z problémů konceptu breeding blanketu WCLL je odhadovaná nízká rozpustnost odpadního produktu množivé reakce - helia. Tato nízká rozpustnost může mít za následek tvoření plynových kapes, což by vedlo k zásadnímu ovlivnění funkce breeding blanketu. Teoretické hodnoty rozpustnost helia v eutektické slitině Pb-16Li, jež je použita v konceptu WCLL jako množivý materiál, se značně rozcházejí a experimentální data nejsou k dispozici. Z tohoto důvodu tahle práce představuje návrh zařízení pro experimentální zjištění rozpustnosti helia v tekuté eutektické slitině Pb-16Li. První část této práce shrnuje technologii termojaderné fúze a hlavní koncepty breeding banketu. Druhá část práce se zabývá rešerší teoretických výpočtů rozpustnosti helia v tekuté eutektické slitině Pb-16Li a rešerší experimentálních metod měření helia v různých tekutých kovech. Třetí část se zabývá návrhem experimentálního zařízení, výpočtem minimální hodnoty detekovatelné rozpustnosti helia a nutnými konstrukčními výpočty. Poslední kapitola práce se zabývá stavbou experimentálního zařízení.

The fuel self-sufficiency of future fusion power plants is one of the key issues that must be resolved for the successful energy utilization of thermonuclear fusion. This problem can be solved by incorporating a breeding blanket, the concepts of which are still under development. One of the problems with the WCLL breeding blanket concept is the estimated low solubility of the waste product of the breeding reaction - helium. This low solubility may result in the formation of gas pockets, which would have a major impact on the function of the breeding blanket. The theoretical values of the helium solubility in the eutectic alloy Pb-16Li, which is used in the WCLL concept as a breeding material, vary widely and experimental data are not available. Therefore, this work presents the design of a device for the experimental determination of helium solubility in a liquid eutectic alloy Pb- 16Li. The first part of this thesis summarizes the thermonuclear fusion technology and the main concepts of the breeding blanket. The second part of the thesis deals with a review of theoretical calculations of helium solubility in liquid eutectic alloy Pb-16Li and a review of experimental methods for helium measurements in various liquid metals. The third part deals with the design of the experimental apparatus, the calculation of the minimum detectable solubility of helium, and necessary design calculations. The last chapter of the thesis deals with the construction of the experimental device.