近日，等離子體所托卡馬克物理研究室胡建生研究員課題組在均勻流動液態(tài)鋰限制器研究方面取得新進(jìn)展，相關(guān)研究成果由左桂忠副研究員以 “Results from an improved flowing liquid lithium limiter with increased flow uniformity in high power plasmas in EAST”為題發(fā)表于核聚變領(lǐng)域頂級期刊Nuclear Fusion上。

　　流動的液態(tài)鋰壁能承受更高的表面熱負(fù)荷，具有自我修復(fù)能力，越來越被聚變界重視。近年來，課題組研究人員在2014年首輪流動液態(tài)鋰實驗（一代液態(tài)鋰限制器）的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步在鋰壁對氫的控制與機(jī)制研究（G.Z. Zuo, et al., Fusion Eng. Des. 131 (2018) 41）及提高液態(tài)鋰在316L不銹鋼基底材料上的浸潤性及界面相互作用研究方面（G.Z. Zuo, et al., Fusion Eng. Des. 137 (2018) 420）取得突破。在此基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化流動液態(tài)鋰限制器的結(jié)構(gòu)，包括采用內(nèi)置式雙電磁泵、均勻分布的分配盒結(jié)構(gòu)、引導(dǎo)盤表面毛細(xì)結(jié)構(gòu)等方式，促進(jìn)鋰表面均勻流動，并采用熱等靜壓工藝，實現(xiàn)了表面不銹鋼與銅熱沉的良好貼合，提高表面的抗腐蝕性。實驗結(jié)果表明，液態(tài)鋰在316L不銹鋼表面鋪展面積>80%，基底表面無明顯損傷，且實現(xiàn)了高壓氦氣對液態(tài)鋰的冷卻，在歐姆放電中，冷卻效率約55%，也證明了液態(tài)鋰可以循環(huán)利用。同時實驗也發(fā)現(xiàn)隨著鋰流量的增加，再循環(huán)及鐵雜質(zhì)水平逐漸降低，等離子體行為提升，在加熱功率達(dá)到4.5MW的條件下，未觀察到鋰的大量爆發(fā)的現(xiàn)象，并進(jìn)一步證實了流動液態(tài)鋰對邊界局域模（ELM）的緩解效果，隨著液態(tài)鋰放電的持續(xù)，ELM逐漸緩解或抑制，同時伴隨等離子體約束的改善，這與液態(tài)鋰表面鋰的流出與再沉積后對氫再循環(huán)的控制密切相關(guān)。該研究拓展了流動液態(tài)鋰作為未來聚變裝置高熱負(fù)荷區(qū)第一壁部件應(yīng)用的可行性。

　　以上工作獲得等離子體所相關(guān)科研人員的鼎力支持，同時也得益于國際同行的合作，得到了國家重點研發(fā)項目、國家磁約束核聚變能發(fā)展研究專項、國家自然科學(xué)基金等項目的資助。

　　文章鏈接：http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-4326/aaedcb/meta 

　　圖1 二代流動液態(tài)鋰限制器結(jié)構(gòu)示意圖

　　圖2 雙電磁泵（a）和單電磁泵（b）條件下鋰的流量與電磁泵電流的關(guān)系

　　圖3 流動液態(tài)鋰壁條件下ELM行為變化：隨著放電的持續(xù)ELM逐漸緩解（a），ELM的頻率與幅值（b）