Plasma-surface interaction during iter transient events: simulation with QSPA Kh-50 AND GOL-3 facilities

The paper presents experimental investigations of plasma-surface interaction (PSI) and materials behavior under plasma loads relevant to giant ELMs in ITER. The experiments were performed with QSPA Kh-50 and GOL-3 devices located in Kharkov, (Ukraine) and Novosibirsk (Russia) respectively. QSPA provided repetitive plasma pulses of the duration of 0.25 ms and the energy density up to 2.5 MJ/m². In GOL-3 multimirror trap the impacting plasma was heated up to 2…4 keV temperature by a high power relativistic electron beam (0.8 MeV, ~30 kA, ~12 µs, ~120 kJ). Surface morphology of the targets exposed to QSPA and GOL-3 plasma is analyzed. Development of cracking on the tungsten surface and droplets splashing are discussed.Представлені результати досліджень взаємодії плазми з поверхнею й поведінки матеріалів при плазмових навантаженнях, відповідних граничним локалізованим модам в ІТЕРі. Експерименти проводились на установках КСПП Х-50 (Харків) й ГОЛ-3 (Новосибірськ). Опромінення на КСПП проводилось повторюваними імпульсами тривалістю 0,25 мс та густиною енергії до 2,5 МДж/м². У гофрованій багатопробочній пастці ГОЛ-3 плазма, яка взаємодіє з матеріалами, нагрівалась до температури 2…4 кеВ потужним релятивістським електронним пучком (0.8 MеВ, ~30 кA, ~12 мкс, ~120 кДж). Аналізується морфологія поверхні мішеней, що опромінені на КСПП та ГОЛ-3. Обговорюється розвиток тріщин й крапельна ерозія вольфраму.Представлены результаты исследований взаимодействия плазмы с поверхностью и поведения материалов при плазменных нагрузках, соответствующих граничным локализованным модам в ИТЭРе. Эксперименты проводились на установках КСПУ Х-50 (Харьков) и ГОЛ-3 (Новосибирск). Облучение на КСПУ проводилось повторяющимися импульсами длительностью 0,25 мс и плотностью энергии до 2,5 МДж/м². В гофрированной многопробочной ловушке ГОЛ-3 взаимодействующая с материалами плазма нагревалась до температуры 2…4 кэВ мощным релятивистским электронным пучком (0.8 MэВ, ~30 кA, ~12 мкс, ~120 кДж). Анализируется морфология поверхности мишеней, облученных на КСПУ и ГОЛ-3. Обсуждается развитие трещин и капельная эрозия вольфрама

Plasma heating and confinement in the GOL-3 multiple mirror trap

Experiments on plasma confinement in a multiple mirror configuration are carried out at GOL-3 facility in Novosibirsk. Feature of experiments at this facility is high plasma density (up to 5⋅10²¹ m⁻³ ). High ion temperature (up to 2 keV) essentially differs the regime with multimirror configuration from previously studied plasma heating by the Ebeam in a uniform magnetic field. Physical mechanism of effective heating of plasma ions, substantially dependent on corrugation of the magnetic field is discussed. In this paper the new experimental data from the GOL-3 facility are presented and the main attention to a stage of ion heating is addressed.Експерименти по нагріванню й утриманню плазми в багатопробковій пастці проводяться на установці ГОЛ- 3 у Новосибірську. Особливістю плазми в цій пастці є її відносно висока (до 5⋅10²¹ м⁻³ ) густина. Нагрівання плазми релятивістським електронним пучком у багатопробковій пастці істотно відрізняється від нагрівання в простому соленоїді тим, що спостерігається збільшення іонної температури аж до 2 кэВ. У роботі обговорюється механізм швидкого нагрівання іонів і представляються нові експериментальні результати, отримані на установці ГОЛ-3.Эксперименты по нагреву и удержанию плазмы в многопробочной ловушке проводятся на установке ГОЛ-3 в Новосибирске. Особенностью плазмы в этой ловушке является ее относительно высокая (до 5⋅10²¹ м⁻³ ) плотность. Нагрев плазмы релятивистским электронным пучком в многопробочной ловушке существенно отличается от нагрева в простом соленоиде тем, что наблюдается увеличение ионной температуры вплоть до 2 кэВ. В работе обсуждается механизм быстрого нагрева ионов и представляются новые экспериментальные результаты, полученные на установке ГОЛ-3

Plasma heating and confinementat the GOL-3-II facility

Results of experiments on plasma heating and confinement in multimirror open trap GOL-3-II are presented. This facility is intended for heating and confinement of a relatively dense (10¹⁵-10¹⁷ cm⁻³) plasma in axially-symmetrical magnetic system. The plasma heating is provided by a high-power electron beam (1 MeV, 30 kA, 8 µs, 200 kJ). Results of the experiments with multimirror configuration of the device indicate that the confinement time of the plasma with ne ~ (0,5÷5).10¹⁵ cm⁻³ and Te ~1 keV increases more than order of magnitude in comparison with single mirror device

Blistering of the selected materials irradiated by intense 200keV proton beam

Formation of blisters on the surfaces of metal targets made of the selected materials was studied. The targets were irradiated by 100-200 keV, 1-2 mA proton beam up to the doses above 10/sup 24/ m/sup -2/. Real-time monitoring of the target surface was performed with a set of in situ optical surface diagnostics that allows detection of the moment of blisters appearance. The overview of experimental setup and the results of testing of different materials are presented. The number and the size of blisters gradually increase during the irradiation. Critical fluence of blistering strongly depends on the target temperature, proton energy and surface machining method. The features of blistering under the proton beam irradiation and the effects of hydrogen diffusion and interaction with the target lattice are discussed. [All rights reserved Elsevier].Anglai

Calculation of Cracking inTungsten Manufactured According to ITER Specifications Under Pulsed Heat Load

A mathematical model of surface cracking under pulsed heat load was developed. The model correctly describes a smooth brittle–ductile transition. The elastic deformation is described in a thin-heated-layer approximation. The plastic deformation is described with the Hollomon equation. The time dependence of the deformation and stresses is described for one heating–cooling cycle for a material without initial plastic deformation.The model can be applied to tungsten manufactured according to ITER specifications. The model shows that the stability of stress-relieved tungsten deteriorates when the base temperature increases. This proved to be a result of the close ultimate tensile and yield strengths. For a heat load of arbitrary magnitude a stability criterion was obtained in the form of condition on the relation of the ultimate tensile and yield strengths