2012 年秋季 HT-7 液态锂限制器实验

1. 2012年秋季HT-7液态锂限制器实验 左桂忠 任君 孙震胡建生 杨庆喜 赵文龙李建刚 许文豫 David N. Ruzic Leonid E. Zakharov 2012.9.6 中科院合肥等离子体所

2. 提纲 • 实验目的 • 流动锂限制器的设计与安装 • 实验方案 • 实验步骤 • 实验要求 • 技术难点与问题

3. 实验目的 • 三套锂限制器 • UIUC限制器(LIMIT)： • 验证锂限制器在等离子体的轰击下产生的热电流驱动液态锂形成自循环回路 • 研究锂限制器与等离子体之间的相互作用 • PPPL限制器(FLiLi) • 验证在外界氩气压力的作用下，在限制器表面形成速度<1cm/s, 厚度<0.1mm的均匀锂膜层 • 研究磁场下液态锂流动的变化 • 研究锂限制器与等离子体之间的相互作用 • ASIPP限制器(FLiLi) • 研究在电磁泵驱动下液态锂的流动特性等 • 研究不同尺寸的分配盒下锂的流动特性 • 研究锂限制器与等离子体之间的相互作用

4. 提纲 • 实验目的 • 流动锂限制器的设计与安装 • 实验方案 • 实验步骤 • 实验要求 • 技术难点与问题

5. 流动锂限制器的设计与安装 LIMIT 设计思想： 在两种不同金属结构的连接点形成温度差，导致两点间产生一个电位差：

6. LIMIT 系统设计图 Top view Bottom view Edge welded to the isolation tube Inlet and outlet of the coolant Extension of trench on top side to lower ejection Lithium flows into the back channel Lithium flows along the channel and falls at the edge. Assembly Detail of the cooling line Cover of the cooling line Top part Steel tray to hold the whole trench Isolate the cooling tube from the hot lithium Inlet and outlet of the coolant Bottom part

7. 限制器温度及表面监测 • 温度监测—热电偶：限制器内部（液态锂里面）布置了七个快采热电偶（1号已坏），有与快速地测量液态锂的温度及其温度梯度 • 限制器相连的注锂管道及锂罐装有3个热点偶 • 限制器正上方的观察窗口布置东华快速CCD Li outlet Li inlet Passive Li flow 1 2 4 3 Cooling Channels 7 6 5 8

8. LIMIT锂限制器的安装 • 在上轮实验锂限制器的位置安装锂限制器 • 使用原有的波纹管传动结构（r =290-260mm） • 锂储存在外部的储锂槽内，通过管道连接将液态锂使用高纯氩气压入到限制器上，在锂管中间使用锂阀 • 限制区尺寸：10×12×2.8cm,表面槽深5mm，宽2mm。 Trench Tray Inlet of lithium Thermo-couple Guide plate

9. LIMIT外围锂注入系统 储锂罐 锂阀 连接图

10. FLiLi设计思想 • 液态导电金属在磁场作用下产生的压降： • 极向流动的液态锂吸附相同的来自等离子轰击的粒子需要的流动速度较环向小（Vpol=Q/(Lh)<Vtor=Q/(wh)，故极向流动的压降较环向小 • h越小，引起锂发射需要的电磁力（JB）就越大，也就是说液态锂的厚度越薄对锂的约束越好 JB=ρg+2Σcosθ/(Rh) • 锂第一壁在接受等离子体轰击后的产生的高热流很快被热沉带走

11. 压降计算 • B=0 • 未浸润的分配盒通道临界压力 计算得P约为1900Pa： • 浸润的分配盒通道其压力 • B≠0，沿分配盒通道的压降 • 管道中产生的压降：

12. 液态锂的浸润性

13. 系统设计图

14. FLiLi 锂限制器设计 • PPPL与ASIPP两套系统 • 限制器整体尺寸：PPPL50*150*9.5（9mm Copper,0.5mmSS） • ASIPP 60*150*9 • PPPL限制器分配盒出锂孔尺寸：0.75*0.75mm • ASIPP限制器分配盒出锂孔尺寸：0.4*0.7mm

15. FLiLi 锂限制器

16. 限制器温度及表面监测 • 温度监测—热电偶：PPPL及ASIPP限制器背面各均布9路热点偶，限制器的分配盒及回收盒各布置1路热电偶 • ASIPP限制器背面布置一路气冷管道 • 在水平窗口布置快速CCD

17. FLiLi 锂限制器安装 • 将原DNB装置整体挪走，安装在其所在的窗口 • 安装一套锂化坩埚系统 接锂槽 进锂管

18. FLiLi 锂限制器外围部分 • PPPL与ASIPP两套系统的注入锂系统

19. 实验方案 • LIMIT 实验： • 观测液态锂限制器在等离子体轰击下，液态锂的流动特性及对等离子体性能的影响 • FLiLi实验 • 在B=0，验证并控制锂在限制器表面的均匀流动 • 在B≠0，没有等离子体时，观测锂流动特性的变化 • 在B≠0，有等离子体时，观测限制器表面的流动行为及热负载，以及对等离子体行为的影响

20. 实验步骤 • LIMIT实验 • 锂的灌入，测试液态锂的浸润温度：325度、350度、375度及400度 • 等离子放电实验： • 限制器位置：r=280/275/270/265/260mm

21. 实验步骤 • FLiLi（PPPL）实验 • B=0 • 首先在一定的压力作用下将分配盒填满 • 分配盒（~350度）填满后立即将压力跳到70Pa • 使用坩埚涂覆限制器表面，以利于液态锂在限制器表面的浸润 • B≠0，没有等离子体，测试获得均匀锂膜的压力、温度等 • B≠0，有等离子体 • 监测锂膜的流动特性 • 等离子放电实验： • FLiLi（ASIPP）实验 • 在以上三种不同的条件下，测试电磁泵的驱动下的锂膜的特性及对等离子体的影响

22. 实验要求 • 放电要求： • IP=120/200kA • ne=1.2/1.5*1019/m3 • 欧姆/LHW(300~500kW) • 诊断信号要求 • 基本参数：Ip、Ne • 杂质状况：CIII、OV、LiI、金属杂质（SXS）、Zeff,气体分析（RGA），Vp、SXR、XUV • 氢的再循环与壁滞留：壁滞留率、再循环系数（光谱）、Ha、H/D（光谱、RGA）、真空测量 • 温度的剖面分布、密度的剖面分布（Ts、SXS、ECE、HCN，气动探针） • 温度：热电偶 • 限制器表面状态：CCD • 其他等离子体诊断

23. 技术难点与问题 • 液态锂的浸润 • 液态锂很难浸润所有的通道 • 在填充分配盒的过程中可能流出 • 从有限的几个通道流出 • 液态锂对限制器表面的有效均匀浸润 • LIMIT注入锂的量的把握 • 加热丝的可靠性，LIMIT加热丝在放电时要同时使用，存在断路的可能 • 限制器温度过高对装置波纹管的影响

24. 实验时间安排 Leonid（PPPL）访问时间：9月10号-13号（全天） David（UIUC）访问时间： 9月11号-13号（全天） 希望这几天能将所有的实验走一遍。

25. 谢谢！