20122012 年秋季年秋季 HT-7HT-7 液态锂限制器实液态锂限制器实验验

左桂忠 任君 孙震胡建生 杨庆喜 赵文龙李建刚 左桂忠 任君 孙震胡建生 杨庆喜 赵文龙李建刚 许文豫 许文豫 David N. Ruzic David N. Ruzic

Leonid E. Zakharov Leonid E. Zakharov

2012.9.62012.9.6

中科院合肥等离子体所中科院合肥等离子体所

提纲提纲

实验目的实验目的 流动锂限制器的设计与安装流动锂限制器的设计与安装 实验方案实验方案 实验步骤实验步骤 实验要求实验要求 技术难点与问题技术难点与问题

实验目的实验目的 三套锂限制器三套锂限制器

UIUCUIUC 限制器限制器 (LIMIT)(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研究锂限制器与等离子体之间的相互作用

PPPLPPPL 限制器限制器 (FLiLi)(FLiLi) 验证在外界氩气压力的作用下，在限制器表面形成速度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, <1cm/s, 厚度厚度 <0.1mm<0.1mm 的均匀锂膜层的均匀锂膜层 研究磁场下液态锂流动的变化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研究锂限制器与等离子体之间的相互作用

ASIPPASIPP 限制器限制器 (FLiLi)(FLiLi) 研究在电磁泵驱动下液态锂的流动特性等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研究锂限制器与等离子体之间的相互作用

提纲提纲

实验目的实验目的 流动锂限制器的设计与安装流动锂限制器的设计与安装 实验方案实验方案 实验步骤实验步骤 实验要求实验要求 技术难点与问题技术难点与问题

5

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： TSj

)tanh(

)tanh(**

HaCHa

HaHa

dz

dT

B

Pu

流动锂限制器的设计与安装流动锂限制器的设计与安装

LIMIT LIMIT 系统设计图系统设计图

Lithium flows along the channel and falls at the edge.

Lithium flows into the back channel

Inlet and outlet of the coolant

Top view Bottom view

Detail of the cooling line

AssemblyTop partCover of

the cooling line

Inlet and outlet of the coolant

Bottom part

Isolate the cooling tube from the hot lithium

Steel tray to hold the whole trench

Extension of trench on top side to lower ejection

Edge welded to the isolation tube

限制器温度及表面监测限制器温度及表面监测

Cooling Channels

Li inletLi outlet Passive Li flow1 2

3 4

5 678

温度监测温度监测——热电偶：限制器内部（液态锂里面）布置了七个热电偶：限制器内部（液态锂里面）布置了七个快采热电偶（快采热电偶（ 11 号已坏），有与快速地测量液态锂的温度及号已坏），有与快速地测量液态锂的温度及其温度梯度其温度梯度

限制器相连的注锂管道及锂罐装有限制器相连的注锂管道及锂罐装有 33 个热点偶个热点偶 限制器正上方的观察窗口布置东华快速限制器正上方的观察窗口布置东华快速 CCDCCD

LIMITLIMIT 锂限制器的安装锂限制器的安装 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（使用原有的波纹管传动结构（ r =290-260mmr =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气压入到限制器上，在锂管中间使用锂阀 限制区尺寸：限制区尺寸： 10×12×2.8cm,10×12×2.8cm, 表面槽深表面槽深 5mm5mm ，宽，宽 2mm2mm 。。

Trench Tray

Thermo-couple

Inlet oflithium

Guide plate

储锂罐储锂罐

锂阀锂阀 连接图连接图

LIMITLIMIT 外围锂注入系统外围锂注入系统

10

液态导电金属在磁场作用下产生的压降：

oo

BRP

2

2

lv

Ro

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

cos2)( RgVVBJ

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 h

klw

QT

FLiLiFLiLi 设计思想设计思想

压降计算压降计算 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：

液态锂的浸润性液态锂的浸润性

系统设计图系统设计图

FLiLi FLiLi 锂限制器设计锂限制器设计 PPPLPPPL 与与 ASIPPASIPP 两套系统两套系统

限制器整体尺寸：限制器整体尺寸： PPPLPPPL 5050**150150**9.59.5 （（ 9mm 9mm Copper,0.5mmSSCopper,0.5mmSS ））

ASIPP 60ASIPP 60**150150**99 PPPLPPPL 限制器分配盒出锂孔尺寸：限制器分配盒出锂孔尺寸： 0.750.75**0.75mm0.75mm ASIPPASIPP 限制器分配盒出锂孔尺寸：限制器分配盒出锂孔尺寸： 0.40.4**0.7mm0.7mm

FLiLi FLiLi 锂限制器锂限制器

限制器温度及表面监测限制器温度及表面监测

温度监测温度监测——热电偶：热电偶：PPPLPPPL 及及 ASIPPASIPP 限制器限制器背面各均布背面各均布 99 路热点偶路热点偶，限制器的分配盒及回，限制器的分配盒及回收盒各布置收盒各布置 11 路热电偶路热电偶

ASIPPASIPP 限制器背面布置限制器背面布置一路气冷管道一路气冷管道

在水平窗口布置快速在水平窗口布置快速CCDCCD

FLiLi FLiLi 锂限制器安装锂限制器安装 将原将原 DNBDNB 装置整体挪走，安装在其所在的窗口装置整体挪走，安装在其所在的窗口 安装一套锂化坩埚系统安装一套锂化坩埚系统

接锂槽

进锂管

FLiLi FLiLi 锂限制器外围部分锂限制器外围部分 PPPLPPPL 与与 ASIPPASIPP 两套系统的注入锂系统两套系统的注入锂系统

实验方案实验方案

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

实验步骤实验步骤

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

实验步骤实验步骤 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

实验要求实验要求 放电要求：

IP=120/200kAne=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

技术难点与问题技术难点与问题

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

实验时间安排实验时间安排

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。

谢谢！谢谢！