Impact of erosion and deposition processes on wall materials in tokamaks

• Understanding of material migration and control of fuel retention are essential for the safe operation of a reactor-class fusion machine. Work presented in the thesis focuses on erosion-deposition processes which are decisive for the formation and properties of co-deposited fuel-containing layers on plasma-facing and diagnostic components, and for the dust formation. The thesis is based on experiments carried out in plasma devices such as JET-ILW, KSTAR, EXTRAP-T2R, TOMAS and, in materials research laboratories where comprehensive analyses of the plasma-exposed materials were performed by a large number of complementary ion, electron and optical methods. The major objectives were to determine: (a) plasma impact on test mirrors; (b) properties of metal dust generated under operation with metal walls in JET with the ITER-Like Wall; (c) material transport to areas shadowed from the direct plasma line-of-sight; (d) neutral particle fluxes in wall conditioning discharges. All these topics are inter-related and, they are in line with the ITER needs in areas of diagnostic development, mitigation of fuel inventory and detailed knowledge of dust particles generated in the tokamak with metal walls. The novelty in research is demonstrated by several elements. Plasma impact on diagnostic mirrors was determined by exposure of test mirrors in JET two types of holders including the ITER-like assembly resembling a diagnostic duct in a reactor. Dust studies allowed for the determination of particles’ properties (size, weight) and, for the classification of various detected objects. The impact of tile shaping and intentional misalignment on fuel retention was revealed in a dedicated experiment in KSTAR. A neutral particle analyser was first tested at EXTRAP-T2R and then installed at the TOMAS facility. Particle fluxes were characterized in wall conditioning discharges heated by electron- and ion cyclotron systems.

• Att förstå förflyttning av material och ha kontroll över hur bränsle fastnar i väggplattor ärviktigt för säker användning av fusionsreaktorer. Denna avhandling fokuserar på de erosionsoch deponerings processer som är avgörande för skapandet och egenskaperna hos dedeponerade lagren på plasma mötande komponenter och diagnostik samt för skapandet omdamm. Arbetet bygger på material som exponerats i plasma experimenten JET-ILW, KSTAR,EXTRAP-T2R och TOMAS samt i materiallaboratorier där omfattande analyser avplasmautsatta material genomförts med joner, elektroner och optiska metoder. Huvudmålenhar varit att bestämma: (a) plasma påverkan på speglar (b) egenskaper hos metalldamm sombildats i JET med plasmautsatta metallväggar (c) materialtransport till områden utanför direktsynhåll från plasmat (d) flödet av neutrala partiklar i speciella urladdningar för attkonditionera väggarna. All dessa områden är sammankopplade med varandra samt medITERs behov av utveckling av diagnostik, begräsning och detaljerad kunskap om bränsle påväggar och damm i tokamaker med metall väggar. Nyskapandet i forskningen kans ses inomflera områden: Påverkan på speglar för diagnostik av plasma i JET inkluderat speglarmonterade i en hållare som liknar diagnostik kanaler ITER har bestämts. Damms egenskaperhar bestämts (storlek, vikt) och olika objekt har katalogiserats. Effekten och medvetenfellinjering av profilen på väggplattor på bränsleansamling i särskilt avsedda experiment iKSTAR har undersöktes. Ett detektorsystem för neutrala partiklar testades först i EXTRAPT2R och flyttades därefter till TOMAS och partikelflödet under plasma värmda medelektron- och jon-cyklotron system för att genomföra konditionering väggar. 

Ämnesord

NATURVETENSKAP  -- Fysik -- Fusion, plasma och rymdfysik (hsv//swe)

NATURAL SCIENCES  -- Physical Sciences -- Fusion, Plasma and Space Physics (hsv//eng)

Nyckelord

Electrical Engineering

Elektro- och systemteknik

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

dok (ämneskategori)