Development of a System for Materials Science Studies on the T-15MD Tokamak
Keywords:
thermonuclear reactor, tokamak, thermonuclear fusion materials, high-temperature plasma, plasma to surface interaction, plasma diagnostics, intensive cooling methods
Abstract
One of the main objectives pursued in carrying out materials science studies on the T-15MD tokamak is to insert samples, including large-scale ones, both for their long-term life cycle tests in the near-wall plasma areas and for studying the effect of impulse loads in the divertor section. A conceptual design of a system for carrying out materials science studies on the T-15MD tokamak has been developed at the Department of General Physics and Nuclear Fusion of the National Research University Moscow Power Engineering Institute. The system will open the possibility to carry out unique experiments on studying the state and composition of the divertor and first wall surfaces without the need to disturb the tokamak chamber vacuum and dismantle the components. It will be possible to perform such studies in the time intervals between tokamak pulses, which will make it possible to reveal changes on the divertor surface after each pulse and estimate correlations between the plasma parameters and changes on the first wall surface. In the attachment assembly, means are provided for cooling the mockups with both water flow and dispersed water-air flow. In addition, various diagnostic devices for monitoring the first wall and divertor surfaces can be installed on the attachment assembly.
References
1. Будаев В.П. Результаты испытаний вольфрамовых мишеней дивертора при мощных плазменно-тепловых нагрузках, ожидаемых в ИТЭР и токамаках реакторного масштаба (обзор) // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Термоядерный синтез». 2015. Т. 38. Вып. 4. С. 5—33.
2. Хвостенко П.П. и др. Экспериментальная термоядерная установка токамак Т-15МД // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Термоядерный синтез». 2019. Т. 42. Вып. 1. С. 15—38.
3. Pitts R.A. e. a. Physics Basis and Design of the ITER Plasma-facing Components // J. Nuclear Materials. 2011. V. 415. Pp. 5957—5964.
4. Pitts R.A. e. a. A Full Tungsten Divertor for ITER: Physics Issues and Design Status // J. Nuclear Materials. 2013. V. 438. Pp. 548—556.
5. Komov A.T., Varava A.N., Dedov A.V., Kamenskov-Nemynov R.I. Experimental Investigations of Heat Transfer in a Subcooled Twisted Flow // Heat Transfer Research. 2007. V. 38(6). Pp. 533—539.
6. Dedov A.V., Komov A.T., Varava A.N., Yagov V.V. Hydrodynamics and Heat Transfer in Swirl Flow Under Conditions of One-side heating. Pt. 1. Pressure Drop and Single-phase Heat Transfer // Intern. J. Heat and Mass Transfer. 2010. V. 53. Iss. 19—20. Pp. 4123—4131.
7. Дедов А.В. Критические тепловые нагрузки при кипении в недогретом потоке // Теплоэнергетика. 2010. № 3. C. 2—8.
8. Дедов А.В. Особенности кипения в недогретом потоке // Теплоэнергетика. 2009. № 8. C. 62—69.
9. Ягов В.В., Дедов А.В. Теплообмен при пленочном кипении в турбулентном потоке недогретой жидкости // Теплоэнергетика. 2009. № 3. С. 21—29.
10. Budaev V.P. e. a. High-heat Flux Tests of Fusion Materials with Stationary Plasma in the PLM Device // Nuclear Materials and Energy. 2020. V. 25. P. 111694.
11. Ван Оост Г., Дедов А.В., Будаев В.П. Материалы обращенных к плазме компонентов термоядерных реакторов-токамаков: требования, термостабилизация, испытания (обзор) // Теплоэнергетика. 2021. № 3. С. 1—18.
12. Будаев В.П. и др. Плазменная установка НИУ «МЭИ» для испытания тугоплавких металлов и создания высокопористых материалов нового поколения // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Термоядерный синтез». 2017. Т. 40. Вып. 3. С. 23—25.
13. Федорович С.Д. и др. Испытания охлаждаемых вольфрамовых модулей теплозащитной облицовки дивертора стационарной плазмой в ПЛМ // XLIX Международная Звенигородская конференция по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу: Сб. тезисов докл. М.: АО НТЦ «ПЛАЗМАИОФАН», 2022. С. 56.
14. Mirnov S.V. e. a. Experimental Test of the System of Vertical and Longitudinal Lithium Limiters on T-11M Tokamak as a Prototype of Plasma Facing Components of a Steady-State Fusion Neutron Source // Nuclear Fusion. 2015. V. 55. P. 123015.
15. Люблинский И.Е., Вертков А.В., Семенов В.В. Сравнительный анализ возможности применения легкоплавких металлов с капиллярно-пористой системой в условиях токамака // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Термоядерный синтез». 2015. Т. 38. Вып. 1. С. 7—14.
---
Для цитирования: Грашин С.А., Будаев В.П., Карпов А.В., Федорович С.Д., Лукашевский М.В., Рогозин К.А., Чан К.В., Коньков А.А., Квасков В.С., Белоусов С.В. Разработка комплекса материаловедческих исследований на токамаке Т-15МД // Вестник МЭИ. 2023. № 3. С. 145—153. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-3-145-153
---
Работа выполнена по договору № 43-03/22/44/108 между НИЦ «Курчатовский институт» и ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ»
#
1. Budaev V.P. Rezul'taty Ispytaniy Vol'framovykh Misheney Divertora pri Moshchnykh Plazmenno-teplovykh Nagruzkakh, Ozhidaemykh v ITER i Tokamakakh Reaktornogo Masshtaba (Obzor). Voprosy Atomnoy Nauki i Tekhniki. Seriya «Termoyadernyy Sintez». 2015;38;4:5—33. (in Russian).
2. Khvostenko P.P. i dr. Eksperimental'naya Termoyadernaya Ustanovka Tokamak T-15MD. Voprosy Atomnoy Nauki i Tekhniki. Seriya «Termoyadernyy Sintez». 2019;42;1:15—38. (in Russian).
3. Pitts R.A. e. a. Physics Basis and Design of the ITER Plasma-facing Components. J. Nuclear Materials. 2011;415:5957—5964.
4. Pitts R.A. e. a. A Full Tungsten Divertor for ITER: Physics Issues and Design Status. J. Nuclear Materials. 2013;438:548—556.
5. Komov A.T., Varava A.N., Dedov A.V., Kamenskov-Nemynov R.I. Experimental Investigations of Heat Transfer in a Subcooled Twisted Flow. Heat Transfer Research. 2007;38(6):533—539.
6. Dedov A.V., Komov A.T., Varava A.N., Yagov V.V. Hydrodynamics and Heat Transfer in Swirl Flow Under Conditions of One-side heating. Pt. 1. Pressure Drop and Single-phase Heat Transfer. Intern. J. Heat and Mass Transfer. 2010;53;19—20:4123—4131.
7. Dedov A.V. Kriticheskie Teplovye Nagruzki pri Kipenii v Nedogretom Potoke. Teploenergetika. 2010;3:2—8. (in Russian).
8. Dedov A.V. Osobennosti Kipeniya v Nedogretom Potoke. Teploenergetika. 2009;8:62—69. (in Russian).
9. Yagov V.V., Dedov A.V. Teploobmen pri Plenochnom Kipenii v Turbulentnom Potoke Nedogretoy Zhidkosti. Teploenergetika. 2009;3:21—29. (in Russian).
10. Budaev V.P. e. a. High-heat Flux Tests of Fusion Materials with Stationary Plasma in the PLM Device. Nuclear Materials and Energy. 2020;25:111694.
11. Van Oost G., Dedov A.V., Budaev V.P. Materialy Obrashchennykh k Plazme Komponentov Termoyadernykh Reaktorov-Tokamakov: Trebovaniya, Termostabilizatsiya, Ispytaniya (Obzor). Teploenergetika. 2021;3:1—18. (in Russian).
12. Budaev V.P. i dr. Plazmennaya Ustanovka NIU «MEI» dlya Ispytaniya Tugoplavkikh Metallov i Sozdaniya Vysokoporistykh Materialov Novogo Pokoleniya. Voprosy Atomnoy Nauki i Tekhniki. Seriya «Termoyadernyy Sintez». 2017;40;3:23—25. (in Russian).
13. Fedorovich S.D. i dr. Ispytaniya Okhlazhdaemykh Vol'framovykh Moduley Teplozashchitnoy Oblitsovki Divertora Statsionarnoy Plazmoy v PLM. XLIX Mezhdunarodnaya Zvenigorodskaya Konferentsiya po Fizike Plazmy i Upravlyaemomu Termoyadernomu Sintezu: Sb. Tezisov Dokl. M.: AO NTTS «PLAZMAIOFAN», 2022:56. (in Russian).
14. Mirnov S.V. e. a. Experimental Test of the System of Vertical and Longitudinal Lithium Limiters on T-11M Tokamak as a Prototype of Plasma Facing Components of a Steady-State Fusion Neutron Source. Nuclear Fusion. 2015;55:123015.
15. Lyublinskiy I.E., Vertkov A.V., Semenov V.V. Sravnitel'nyy Analiz Vozmozhnosti Primeneniya Legkoplavkikh Metallov s Kapillyarno-poristoy Sistemoy v Usloviyakh Tokamaka. Voprosy Atomnoy Nauki i Tekhniki. Seriya «Termoyadernyy Sintez». 2015;38;1:7—14. (in Russian).
---
For citation: Grashin S.A., Budaev V.P., Karpov A.V., Fedorovich S.D., Lukashevsky M.V., Rogozin K.A., Chan Q.V., Kon’kov A.A., Kvaskov V.S., Belousov S.V. Development of a System for Materials Science Studies on the T-15MD Tokamak. Bulletin of MPEI. 2023;3:145—153. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2023-3-145-153
---
The work is executed Under Contract No. 43-03/22/44/108 Between NRC «Kurchatov Institute» and FGBOU VO «NRU MPEI
2. Хвостенко П.П. и др. Экспериментальная термоядерная установка токамак Т-15МД // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Термоядерный синтез». 2019. Т. 42. Вып. 1. С. 15—38.
3. Pitts R.A. e. a. Physics Basis and Design of the ITER Plasma-facing Components // J. Nuclear Materials. 2011. V. 415. Pp. 5957—5964.
4. Pitts R.A. e. a. A Full Tungsten Divertor for ITER: Physics Issues and Design Status // J. Nuclear Materials. 2013. V. 438. Pp. 548—556.
5. Komov A.T., Varava A.N., Dedov A.V., Kamenskov-Nemynov R.I. Experimental Investigations of Heat Transfer in a Subcooled Twisted Flow // Heat Transfer Research. 2007. V. 38(6). Pp. 533—539.
6. Dedov A.V., Komov A.T., Varava A.N., Yagov V.V. Hydrodynamics and Heat Transfer in Swirl Flow Under Conditions of One-side heating. Pt. 1. Pressure Drop and Single-phase Heat Transfer // Intern. J. Heat and Mass Transfer. 2010. V. 53. Iss. 19—20. Pp. 4123—4131.
7. Дедов А.В. Критические тепловые нагрузки при кипении в недогретом потоке // Теплоэнергетика. 2010. № 3. C. 2—8.
8. Дедов А.В. Особенности кипения в недогретом потоке // Теплоэнергетика. 2009. № 8. C. 62—69.
9. Ягов В.В., Дедов А.В. Теплообмен при пленочном кипении в турбулентном потоке недогретой жидкости // Теплоэнергетика. 2009. № 3. С. 21—29.
10. Budaev V.P. e. a. High-heat Flux Tests of Fusion Materials with Stationary Plasma in the PLM Device // Nuclear Materials and Energy. 2020. V. 25. P. 111694.
11. Ван Оост Г., Дедов А.В., Будаев В.П. Материалы обращенных к плазме компонентов термоядерных реакторов-токамаков: требования, термостабилизация, испытания (обзор) // Теплоэнергетика. 2021. № 3. С. 1—18.
12. Будаев В.П. и др. Плазменная установка НИУ «МЭИ» для испытания тугоплавких металлов и создания высокопористых материалов нового поколения // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Термоядерный синтез». 2017. Т. 40. Вып. 3. С. 23—25.
13. Федорович С.Д. и др. Испытания охлаждаемых вольфрамовых модулей теплозащитной облицовки дивертора стационарной плазмой в ПЛМ // XLIX Международная Звенигородская конференция по физике плазмы и управляемому термоядерному синтезу: Сб. тезисов докл. М.: АО НТЦ «ПЛАЗМАИОФАН», 2022. С. 56.
14. Mirnov S.V. e. a. Experimental Test of the System of Vertical and Longitudinal Lithium Limiters on T-11M Tokamak as a Prototype of Plasma Facing Components of a Steady-State Fusion Neutron Source // Nuclear Fusion. 2015. V. 55. P. 123015.
15. Люблинский И.Е., Вертков А.В., Семенов В.В. Сравнительный анализ возможности применения легкоплавких металлов с капиллярно-пористой системой в условиях токамака // Вопросы атомной науки и техники. Серия «Термоядерный синтез». 2015. Т. 38. Вып. 1. С. 7—14.
---
Для цитирования: Грашин С.А., Будаев В.П., Карпов А.В., Федорович С.Д., Лукашевский М.В., Рогозин К.А., Чан К.В., Коньков А.А., Квасков В.С., Белоусов С.В. Разработка комплекса материаловедческих исследований на токамаке Т-15МД // Вестник МЭИ. 2023. № 3. С. 145—153. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-3-145-153
---
Работа выполнена по договору № 43-03/22/44/108 между НИЦ «Курчатовский институт» и ФГБОУ ВО «НИУ «МЭИ»
#
1. Budaev V.P. Rezul'taty Ispytaniy Vol'framovykh Misheney Divertora pri Moshchnykh Plazmenno-teplovykh Nagruzkakh, Ozhidaemykh v ITER i Tokamakakh Reaktornogo Masshtaba (Obzor). Voprosy Atomnoy Nauki i Tekhniki. Seriya «Termoyadernyy Sintez». 2015;38;4:5—33. (in Russian).
2. Khvostenko P.P. i dr. Eksperimental'naya Termoyadernaya Ustanovka Tokamak T-15MD. Voprosy Atomnoy Nauki i Tekhniki. Seriya «Termoyadernyy Sintez». 2019;42;1:15—38. (in Russian).
3. Pitts R.A. e. a. Physics Basis and Design of the ITER Plasma-facing Components. J. Nuclear Materials. 2011;415:5957—5964.
4. Pitts R.A. e. a. A Full Tungsten Divertor for ITER: Physics Issues and Design Status. J. Nuclear Materials. 2013;438:548—556.
5. Komov A.T., Varava A.N., Dedov A.V., Kamenskov-Nemynov R.I. Experimental Investigations of Heat Transfer in a Subcooled Twisted Flow. Heat Transfer Research. 2007;38(6):533—539.
6. Dedov A.V., Komov A.T., Varava A.N., Yagov V.V. Hydrodynamics and Heat Transfer in Swirl Flow Under Conditions of One-side heating. Pt. 1. Pressure Drop and Single-phase Heat Transfer. Intern. J. Heat and Mass Transfer. 2010;53;19—20:4123—4131.
7. Dedov A.V. Kriticheskie Teplovye Nagruzki pri Kipenii v Nedogretom Potoke. Teploenergetika. 2010;3:2—8. (in Russian).
8. Dedov A.V. Osobennosti Kipeniya v Nedogretom Potoke. Teploenergetika. 2009;8:62—69. (in Russian).
9. Yagov V.V., Dedov A.V. Teploobmen pri Plenochnom Kipenii v Turbulentnom Potoke Nedogretoy Zhidkosti. Teploenergetika. 2009;3:21—29. (in Russian).
10. Budaev V.P. e. a. High-heat Flux Tests of Fusion Materials with Stationary Plasma in the PLM Device. Nuclear Materials and Energy. 2020;25:111694.
11. Van Oost G., Dedov A.V., Budaev V.P. Materialy Obrashchennykh k Plazme Komponentov Termoyadernykh Reaktorov-Tokamakov: Trebovaniya, Termostabilizatsiya, Ispytaniya (Obzor). Teploenergetika. 2021;3:1—18. (in Russian).
12. Budaev V.P. i dr. Plazmennaya Ustanovka NIU «MEI» dlya Ispytaniya Tugoplavkikh Metallov i Sozdaniya Vysokoporistykh Materialov Novogo Pokoleniya. Voprosy Atomnoy Nauki i Tekhniki. Seriya «Termoyadernyy Sintez». 2017;40;3:23—25. (in Russian).
13. Fedorovich S.D. i dr. Ispytaniya Okhlazhdaemykh Vol'framovykh Moduley Teplozashchitnoy Oblitsovki Divertora Statsionarnoy Plazmoy v PLM. XLIX Mezhdunarodnaya Zvenigorodskaya Konferentsiya po Fizike Plazmy i Upravlyaemomu Termoyadernomu Sintezu: Sb. Tezisov Dokl. M.: AO NTTS «PLAZMAIOFAN», 2022:56. (in Russian).
14. Mirnov S.V. e. a. Experimental Test of the System of Vertical and Longitudinal Lithium Limiters on T-11M Tokamak as a Prototype of Plasma Facing Components of a Steady-State Fusion Neutron Source. Nuclear Fusion. 2015;55:123015.
15. Lyublinskiy I.E., Vertkov A.V., Semenov V.V. Sravnitel'nyy Analiz Vozmozhnosti Primeneniya Legkoplavkikh Metallov s Kapillyarno-poristoy Sistemoy v Usloviyakh Tokamaka. Voprosy Atomnoy Nauki i Tekhniki. Seriya «Termoyadernyy Sintez». 2015;38;1:7—14. (in Russian).
---
For citation: Grashin S.A., Budaev V.P., Karpov A.V., Fedorovich S.D., Lukashevsky M.V., Rogozin K.A., Chan Q.V., Kon’kov A.A., Kvaskov V.S., Belousov S.V. Development of a System for Materials Science Studies on the T-15MD Tokamak. Bulletin of MPEI. 2023;3:145—153. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2023-3-145-153
---
The work is executed Under Contract No. 43-03/22/44/108 Between NRC «Kurchatov Institute» and FGBOU VO «NRU MPEI
Published
2022-11-28
Section
Nuclear Power Plants, Fuel Cycle, Radiation Safety (Technical Sciences) (2.4.9)
