The lithium stellarator experiment. TJ-II as a benchmark

Abstract

In the last years, lithium wall conditioning has been carried out in several fusion devices (Tokamaks, Compact Toruses) by different techniques, providing in many instances record values of plasma parameters and enhanced plasma reproducibility. Behind these findings are the low recycling, low contamination and non-coronal enhanced radiative power dissipation properties of Li. Stellarators are best suited for reactor concepts as far as they basically free from extreme thermal load events. However, the potential problem of impurity accumulation must be taken into account. Therefore, the use of low Z elements as PFC would be highly desirable. In the present work, the plasma performance of the TJ-II Heliac under Li-coated wall conditions with lithium is described. Compared to previous coatings, lithium has produced the best plasma performance to date, leading to the achievement of record values in plasma density and energy confinement. In the present work, the impact of the Li coating operation on reactor relevant issues, such as particle exhaust and retention, high-density operation, confinement characteristics and plasma wall interaction issues is stressed.

На протязі останніх років обробку стінок літієм було проведено в кількох термоядерних установках (токамаки, компактні тори) з використанням різних методів, що забезпечило у багатьох випадках одержання плазми з рекордними параметрами та покращеним відтворенням результатів. Ці результати пов’язані з низьким рециклінгом, що властивий літію, слабким забрудненням плазми і підвищеним не корональним поглинанням випромінювання. Стеларатори краще за все підходять для концепції реактора, бо в них у принципі не може бути підвищених теплових навантажень. Але треба враховувати можливість накопичення домішок. Тому конче бажано в поверхнях, які повернені до плазми, використовувати елементи з низьким Z. В даній роботі описано експерименти по одержанню плазми в геліаку TJ-II в умовах покриття стінок літієм. Порівняно з покриттями, що використовувалися раніше, літій забезпечив одержання плазми з найкращими на даний час параметрами, дозволивши досягти рекордних значень гущини плазми та утримання енергії. Підкреслена важливість літієвого покриття для таких аспектів реактора, як втрати і затримування частинок, робота при високій гущині, характеристики утримання та взаємодія плазма-стінка.

В течение последних лет обработка стенок литием была проведена в нескольких термоядерных установках (токамаки, компактные торы) с использованием различных методов, что обеспечило во многих случаях получение плазмы с рекордными параметрами и улучшенной воспроизводимостью результатов. Эти результаты связаны со свойственными литию низким рециклингом, слабым загрязнением плазмы и повышенным не корональным поглощением излучения. Стеллараторы лучше всего подходят для концепции реактора, ибо у них в принципе не может быть повышенных тепловых нагрузок. Однако, необходимо учитывать возможность накопления примесей. Поэтому весьма желательно в поверхностях, обращённых к плазме, использовать элементы с низким Z. В настоящей работе описаны эксперименты по получению плазмы в гелиаке TJ-II в условиях покрытия стенок литием. По сравнению с покрытиями, которые использовались раньше, литий обеспечил получение плазмы с наилучшими в настоящее время параметрами, позволив достичь рекордных значений плотности плазмы и удержания энергии. Подчёркивается важность литиевого покрытия для таких аспектов реактора, как расход и удерживание частиц, работа при большой плотности, характеристики удержания и взаимодействие плазма-стенка.