為了很好地應用于未來聚變堆,電熱推進加料系統需滿足以下兩點要求:第一,系統中的冰凍燃料彈丸注入的頻率為12~200Hz,注入速度為3~4.5Km/s;第二,不給托卡馬克裝置引入高原序數雜質。因此,針對第一點,該系統中使用的毛細管等離子體發生器長度需大于其在電熱化學炮中的應用情況,長60~140mm,內徑為3~4mm,同時彈道的長度為90~40mm,內徑為3~5mm。針對第二點,科研儀器定制毛細管放電等離子發生器中的器壁材料所含元素的原子敘述需不高于碳。例如可使用的材料為氘化鋰、聚乙烯等,可在獲得足夠壓強等離子體射流的同時,避免給托卡馬克裝置帶來雜質。
毛細管放電等離子體發生器的電極材料為石墨,在可耐受多次擊穿的同時,亦避免給托卡馬克裝置帶來雜質。所述彈道的材料為不銹鋼或石英,彈道內部覆有光滑、低摩擦的納米金剛石薄膜,有效地減少冰氘氚彈丸在彈道中的因摩擦引起的速度損失和質量損失,同時也降低了對托卡馬克裝置雜質的引入。
此外,值得關注的是,在電熱化學炮應用中,毛細管放電等離子體發生器往往通過金屬絲電爆炸的方法起弧,而在托卡馬克裝置中,由于加料系統的高頻運作,發生器必須能夠多次重復自行擊穿引弧產生等離子體。科研儀器定制在托卡馬克裝置中,還有一個問題受到人們的廣泛關注,即面向等離子體材料的設計與考核問題。在聚變反應過程中,面向等離子體材料會受到高熱流等離子體的強烈輻照,以及各種粒子的轟擊。特別是在大破裂時,沉積到PFM的熱負荷可超過100GW/m2,并持續數百微秒。因而考核PFM的抗高熱負荷沖擊能力對于裝置的運行非常重要。然而在現有托卡馬克裝置上開展相關試驗較為困難,因此,非常有必要研究等效的模擬試驗方法。
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