Modeling of tungsten melt layer erosion caused by JxB force at TEXTOR with the code MEMOS

Abstract

Tungsten in form of macrobrush is foreseen as one of candidate materials for the ITER divertor. Melting of tungsten, the melt motion, and melt splashing are expected to be the main mechanisms of a surface damage determining the lifetime of plasma facing components. Experiments with the long-time plasma action at the metalic surface in a strong magnetic field demonstrated that the JxB force generated by the thermo-emission electrons dominates in the acceleration of the melt layer and leads to a high target damage. In the paper numerical simulation model implemented into the code MEMOS is described and modelling of tungsten target damage caused by the long-time plasma heat loads supporting the TEXTOR experiments are performed with 3D version of the code MEMOS. Calculated damages of tungsten targets are in a reasonable agreement with the target damages observed in the TEXTOR experiments that allows projections upon the surface damage at ITER and DEMO conditions.

Вольфрам в виде макробрашей рассматривается в качестве основного материала для дивертора ИТЭРа. Плавления вольфрама, движение и разбрызгивание расплава рассматриваются в качестве основных механизмов повреждения поверхности, которые определяют время жизни элементов дивертора. Эксперименты с длительным воздействием плазмы на металлические поверхности в сильном магнитном поле показали, что JxB-сила, генерируемая термоэмиссией электронов, доминирует в ускорении слоя расплава и приводит к большому повреждению поверхности. Описана численная модель моделирования эрозии металлической поверхности при плазменном воздействии, имплементированная в код MEMOS. Приведены результаты моделирования эрозии вольфрамовой мишени, вызванной длительным воздействием плазмы в экспериментах в TEXTORе, проведенного 3D-версией кода MEMOS. Расчетная эрозия вольфрама находится в разумном согласии с эрозией вольфрамового лимитера, которая наблюдалась в экспериментах в TEXTORе. Данные расчета позволяют делать прогнозы относительно эрозии поверхности в условиях ИТЭР и ДЕМО.

Вольфрам у вигляді макробрашів розглядається в якості основного матеріалу для дивертора ІТЕРа. Плавлення вольфраму, рух і розбризкування розплаву розглядаються в якості основних механізмів пошкодження поверхні, що визначають час життя елементів дивертора. Експерименти з тривалим впливом плазми на металеві поверхні в сильному магнітному полі показали, що JxB-сила, що генерується термоемісією електронів, домінується в прискоренні шару розплаву і приводить до великих пошкоджень поверхні. Описана чисельна модель моделювання ерозії металевої поверхні при плазмовому впливі, імплементована в код MEMOS. Наведено результати моделювання ерозії вольфрамової мішені, викликаної тривалим впливом плазми в експериментах в TEXTORі, проведенного 3D-версією коду MEMOS. Розрахункована ерозія вольфраму знаходиться в розумній згоді з ерозією вольфрамового лімітера, яка спостерігалася в експериментах в TEXTORі. Дані розрахунку дозволяють робити прогнози, щодо ерозії поверхні в умовах ІТЕР і ДЕМО.