《超導偏濾器托卡馬克中壁材料的腐蝕與沉積模擬研究》是依託中國科學院合肥物質科學研究院，由丁銳擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：超導偏濾器托卡馬克中壁材料的腐蝕與沉積模擬研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：丁銳
- 依託單位：中國科學院合肥物質科學研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在磁約束核聚變研究中，壁材料腐蝕與沉積問題直接關係到電漿性能、壁的使用壽命以及氚滯留等關鍵問題，其模擬研究對於正擬建造的全超導偏濾器托卡馬克ITER的相關預測有著極其重要的意義。由於EAST偏濾器結構與ITER裝置的相似性，本申請擬將三維大型蒙特卡羅程式ERO套用於EAST活動限制器與偏濾器靶板材料的腐蝕與沉積研究上，通過與實驗結果的比較，力圖闡明偏濾器位形下托卡馬克中壁材料的腐蝕與再沉積機理，並在此基礎上對ITER裝置中壁材料的腐蝕與沉積情況進行模擬預測。重點研究電漿啟動時壁材料的腐蝕情況以及穩態運行時偏濾器靶板材料的腐蝕與沉積問題，比較ITER兩種啟動方式的優劣，並給出ITER壁材料的使用壽命和氚滯留情況的預測結果。本項研究不僅可為國家大科學工程項目EAST壁材料研究，而且可為ITER及未來裝置的設計與運行提供科學基礎與積累經驗。
結題摘要
面向電漿材料的腐蝕與再沉積問題是核聚變研究的關鍵問題之一，直接影響到壁材料的使用壽命、電漿的品質以及氚的滯留問題。本項目將三維大型蒙特卡羅程式ERO 套用於超導偏濾器托卡馬克EAST裝置上，通過與實驗結果的比較對程式進行驗證，並對ITER進行預測，可以為ITER 以及將來的聚變堆的設計與運行提供科學基礎。主要研究內容包括:（1）考慮EAST的活動限制器和偏濾器兩種幾何位形，建立ERO-EAST模擬程式； （2）完成了EAST活動限制器的腐蝕與沉積實驗，並利用ERO程式進行模擬；（3）模擬預測了用於ITER啟動的鈹限制器在電流爬升段的腐蝕與沉積情況；（4）對ITER主真空室壁的腐蝕情況進行模擬，並開展了類似形貌的瓦塊在EAST上的輻照實驗和相關模擬工作；（5）將二維電漿流體程式SOLPS與ERO程式結合開展了對EAST偏濾器材料的腐蝕與沉積的模擬工作；（6）完成了液態鋰限制器的腐蝕以及鋰在邊界電漿中的輸運的模擬工作。在該青年基金的支持下，不僅完成了一系列的模擬工作，還設計並開展了相關驗證模擬結果的實驗。在對EAST活動限制器和類ITER第一壁形貌瓦塊的實驗模擬的基礎上，對ITER的啟動限制器和主真空室壁的腐蝕與沉積情況進行了預測，並評估了其使用壽命，發現ITER中鈹的腐蝕問題並不是很嚴重，因此可以直接用主真空室壁啟動電漿，模擬得到的結果可以作為ITER設計的重要參考。對液態鋰限制器的模擬研究使我們掌握了鋰的腐蝕機理及其在邊界電漿中的輸運特性。在模擬研究的同時，對ERO程式進行了改進和升級，將邊界磁場位形的變化和電漿陰影區的描述引入，最佳化程式使其可以用於對較大的第一壁部件的模擬，在物理上也添加了如計算中性粒子碰撞的程式，並首次在程式中加入了計算鋰的腐蝕和輸運程式。項目基本按原計畫完成，也達到了預期的研究目標。
