газа и поддув газа в объеме дивертора. Однако проблема такой конструкции заключается в необходимости уменьшения обратного ухода газа из диверторного объема в основную камеру.

Как показали эксперименты, проведенные на различных установках (см. [5] и ссылки в этой работе), конструкция дивертора влияет на режим работы дивертора и параметры плазмы в засепаратрисной области и практически не влияет на удержание основной плазмы. В то же время, на некоторых установках продемонстрировано снижение предельной плотности плазмы с увеличением степени закрытости дивертора. Например, на установке JET эксперименты были проведены в разное время с использованием разных конструкций дивертора. Закрытый дивертор может приводить к снижению предельной плотности плазмы. На установке JET предельная плотность снижалась в результате раннего формирования MARFE [5]. Раннее появление MARFE было следствием изменения конфигурации дивертора (от менее закрытой к более закрытой конфигурации), и в большей степени следствием увеличения химического распыления углерода из-за близости боковых стенок. На JT-60, напротив, несмотря на раннее формирование MARFE величина предельной плотности для срыва разряда практически не менялась.

При неизменной конструкции дивертора хороших результатов по снижению потоков тепла на диверторные пластины удается достичь благодаря увеличению доли излученной мощности. Для этого применяется напуск примеси – Ne, N, Ar в диверторный объем. В установке ASDEX Upgrade было получено снижение нагрузки на диверторные пластины до уровня, сопоставимого с уровнем шумов измерительной аппаратуры.

18.3. Выбор материала первой стенки и дивертора

Требования к материалу первой стенки и компонентов дивертора определяются стойкостью материала к статическим тепловым нагрузкам во время разряда, к динамическим нагрузкам при

176

возникновении разного рода МГД неустойчивостей и при срывах, а также минимизацией накопления трития. Изменение температуры диверторной пластины при гранично-локализованных модах показано на рис. 36.

В связи с этим рассматриваются следующие кандидатные материалы: углеродсодержащие материалы, бериллий, вольфрам.

Основными процессами, приводящими к разрушению поверхности из углеродсодержащего материала, являются физическое и химическое распыление, сублимация при высоких температурах ~ 2000о С. Основные проблемы для использования углеродсодержащих материалов заключаются:

—в химической эрозии материала с образованием соединений с изотопами водорода;

—в перенапылении углеродных пленок, нежелательных с точки зрения накопления трития, на конструктивные элементы.

Химическое распыление графита сильно зависит от температуры поверхности, а, соответственно, и потока энергии и частиц на поверхность.

Оптимизация режима работы дивертора позволяет снизить химическую эрозию. Например, на установке DIII-D было показано, что в условиях отрыва плазмы при температуре плазмы меньше 2 эВ происходило снижение выхода химической эрозии ниже 0.01% [12].

Основные преимущества бериллия заключаются в его низком заряде при низкой эрозии (сравнимой с углеродом при низкой температуре) и возможности откачивать остаточный кислород. Недостатком бериллия является низкая температура плавления (1550 К), которая может быть превышена при развитии граничных локализованных мод, срывов, других МГД-неустойчивос- тей.

Использование материалов с высоким Z, таких как вольфрам, может неблагоприятно сказаться на параметрах основной плазмы из-за транспорта распыленного материала в центральную область. Основные процессы, ведущие к разрушению материала и поступлению примеси в центральную плазму – физическое распыление и испарение.

177

По всей видимости, для условий реактора наиболее благоприятным выбором является комбинация материалов. На установке JET начаты эксперименты с использованием бериллия в качестве материала первой стенки и углеродсодержащих материалов с вольфрамовым покрытием (200 мкм) для дивертора.

18.4. Удаление гелиевой золы

Важный вопрос, связанный с работой дивертора – удаление гелия, наработанного в результате термоядерной реакции. Транспорт гелия характеризуется отношением τHe*/τE и фактором обогащения гелием, то есть отношением количества гелия в откачиваемом газе к количеству гелия в основной плазме.

При мощности термоядерной реакции Pfus=1.5 ГВт скорость образования гелия составляет 5*1020 ч/с. Что требует скорости откачки 170 м3/с.

Эксперименты показали, что оптимизации конфигурации дивертора и переход к более закрытому устройству приводят к лучшему удалению гелия из установки. Достигнутые скорости откачки на современных крупных установках показали возможность реализации требований ИТЭР.

178