Studium metody rozprostření tepelného toku na divertoru tokamaku pomocí rychlého rozmítání magnetického pole

Abstract

Aby se zabránilo tavení kovových povrchů divertorových desek na velkých fúzních reaktorech lokalizovanými tepelnými toky, studujeme novou techniku rozprostření tepelného toku ELMů pomocí harmonického rozmítání strike pointu divertorových desek cívkou v divertoru. Provedli jsme 2D dynamickou simulaci tepelné vodivosti divertorových desek na tokamaku DEMO s využitím skutečných infračervených dat velkých tepelných toků ELMů na desky divertoru na JET--u. Tepelný tok je přeškálován na EU DEMO reaktor (B = 6 T, I = 21 MA, R = 9 m). Pro docílení faktoru zeslabení povrchové teploty f = 4 je potřeba rozmítat s amplitudou x frequencí = 7 cm x 2 kHz. Koncept je založen na jedné cívce s 100 kg hmotností a 29 kW ohmického výkonu v každém divertorovém segmentu, kterých je celkem 54. Rozmítání je spuštěno signálem tepelného toku na divertor. Dynamická simulace ve FIESTA kódu vyžaduje 54 kondenzátorů nabitých na 1.5 kV, každý v RLC obvodu se střídavým proudem s amplitudou 130 kA pro každý ELM po dobu 4 ms (s čekací dobou 50 ms). Síly I x B by spůsobovali vibrace cívky s amplitudou ~ 1 mm s frekvencí ELMů (20 Hz). Tato technika se zdá být vhodná pro velké tokamaky. Abychom viděli efekt pohybu strike pointu divertorových deskách, je prezentován návrh pro rozmítanou cívku pro tokamak COMPASS.

In order to avoid metal surface melting of divertor targets of big fusion reactors by localized ELM heat loads, we study a new technique of spreading the heat flux by harmonic divertor strike point sweeping using a dedicated divertor coil. We ran 2D dynamic heat conduction simulation of DEMO tokamak divertor targets using real infra-red data of large ELM heat fluxes on JET divertor target. The heat flux is rescaled for EU DEMO reactor (B = 6 T, I = 21 MA, R = 9 m).. Aiming for the surface temperature suppression factor f = 4, this requires sweeping with amplitude x frequency = 7 cm x 2 kHz. The concept is based on one coil with 100 kg of mass and 29 kW of ohmic power in each divertor segment, 54 in total. Sweeping i triggered by analog divertor heat flux signal. Dedicated dynamic FIESTA simulation scenario requires 54 capacitive energy storages at 1.5 kV discharged into 54 divertor coils, each in RLC circuit with AC current with 130 kA amplitude for each ELM event for 4 ms (with waiting time 50 ms). The I x B forces would yield into coil vibrations with amplitude ~ 1 mm at the ELM frequency (20 Hz). This technique seems to be feasible for big tokamaks. In order to see the effect of the strike point movement, design of the swept coil for COMPASS tokamak is presented.