Lithium experiment in tokamak T-11M and concept of limiter tokamak-reactor

Abstract

The paper suggests the addition or replacement of the magnetic divertor by lithium limiter as producer of irradiated blanket, which should prevent tokamak first wall and divertor plates from local high power loads. The main physical basis of this idea is lithium localization close plasma boundary and poor penetration into plasma center in process of its puffing, as was shown in tokamak experiments. The mushroom tokamak lithium limiter with capillary porous system (CPS) can be used for this aim. The hot part of this limiter can work as lithium emitter to tokamak plasma and cold parts can work as collectors of lithium flowing out of the plasma column. The surface capillary forces of limiter CPS will return the collected liquid lithium from cold to hot parts of limiter again and close the lithium circulation "limiterplasma-limiter".

The bulk of the power flowing out of the plasma core can be dissipated by non-coronal lithium radiation in the blanket and scrape-off layer. Such scheme was established partly in T-11M experiments with CPS rail limiters. In paper the main results of lithium behavior and its control in T-11M are discussed.

Предлагается замена или дополнение магнитного дивертора литиевым лимитером, создающим излучающий бланкет, который должен разгрузить первую стенку и диверторные пластины реактора от чрезмерных тепловых нагрузок. В основе этой идеи лежат две обнаруженные экспериментальные особенности поведения лития: локализация лития вблизи границы шнура при его инжекции с периферии и его сравнительно незначительное проникновение в центр шнура. Технически для замены предлагается использовать «грибковый» лимитер с капиллярной пористой структурой (КПС), заполненной литием. Горячая часть такого лимитера («шляпка») может работать как инжектор лития, а холодная («ножка») как коллектор. Силы поверхностного натяжения должны возвращать жидкий литий с холодной части лимитера на горячую, замыкая тем самым контур циркуляции лития «лимитер – плазма – лимитер». При этом основной поток тепла, выходящего из плазмы, должен трансформироваться в некорональное излучение лития и передаваться равномерно на первую стенку реактора. Такая схема была реализована частично в опытах на токамаке Т-3М. Обсуждается поведение лития, обнаруженное в этих экспериментах и возможный способ его контроля.

Пропонується заміна або доповнення магнітного дивертора літієвим лімітером, що створює випромінюючий бланкет, який повинний розвантажити першу стінку і диверторні пластини реактора від надмірних теплових навантажень. В основі цієї ідеї лежать дві виявлені експериментальні особливості поводження літію: локалізація літію поблизу межи шнура при його інжекції з периферії і його порівняно незначне проникнення в центр шнура. Технічно для заміни пропонується використовувати «грибковий» лімітер з капілярною пористою структурою (КПС), заповненою літієм. Гаряча частина такого лімітера («капелюшок») може працювати як інжектор літію, а холодна («ніжка») як колектор. Сили поверхневого натягу повинні повертати рідкий літій з холодної частини лімітера на гарячу, замикаючи тим самим контур циркуляції літію «лімітер – плазма – лімітер». При цьому основний потік тепла, що виходить із плазми, повинний трансформуватися в некорональне випромінювання літію і передаватися рівномірно на першу стінку реактора. Така схема була реалізована частково в досвідах на токамаці Т-3М. Обговорюється поводження літію, виявлене в цих експериментах і можливий спосіб його контролю.