Physics of Plasma-Wall Interactions in Controlled Fusion

همجوشی حرارتی هسته ای کنترل شده یکی از نامزدهای احتمالی برای منابع انرژی بلندمدت است که برای جامعه بسیار فناورانه ما ضروری است. با این حال، فیزیک و فناوری همجوشی کنترل‌شده بسیار پیچیده است و هنوز هم نیاز به تحقیق و توسعه زیادی دارد تا همجوشی بتواند یک منبع انرژی عملی باشد. برای تولید انرژی از طریق همجوشی کنترل‌شده، گاز دوتریوم-تریتیوم باید تا دمای چند 100 میلیون درجه سانتی‌گراد و حدود 10 کیلو ولت گرم شود. برای به دست آوردن انرژی خالص، این پلاسمای داغ باید در چگالی معینی برای مدت زمان معینی محصور شود. با این حال، پلاسما از سطوح مغناطیسی محدود پخش می شود و به دیواره های عروق اطراف برخورد می کند که پلاسما را از هوای اطراف جدا می کند. به دلیل این فعل و انفعالات دیواره پلاسما، ذرات پلاسما با کاشت به دیواره ها گم می شوند و تا حدی به داخل پلاسما منتشر می شوند. علاوه بر این، اتم های دیواره آزاد می شوند و می توانند وارد پلاسما شوند. این اتم‌ها یا ناخالصی‌های دیواره می‌توانند عملکرد پلاسما را بدلیل افزایش تلفات انرژی از طریق تشعشع و افزایش فشار مغناطیسی مورد نیاز یا رقیق شدن سوخت در پلاسما بدتر کنند. در نهایت، تاثیر پلاسما و انرژی بر روی دیوار می‌تواند ویژگی‌های حرارتی و مکانیکی دیواره‌های عروق را تغییر داده و بدتر کند.

Controlled thermonuclear fusion is one of the possible candidates for long term energy sources which will be indispensable for our highly technological society. However, the physics and technology of controlled fusion are extremely complex and still require a great deal of research and development before fusion can be a practical energy source. For producing energy via controlled fusion a deuterium-tritium gas has to be heated to temperatures of a few 100 Million °c corres­ ponding to about 10 keV. For net energy gain, this hot plasma has to be confined at a certain density for a certain time One pro­ mising scheme to confine such a plasma is the use of i~tense mag­ netic fields. However, the plasma diffuses out of the confining magnetic surfaces and impinges on the surrounding vessel walls which isolate the plasma from the surrounding air. Because of this plasma wall interaction, particles from the plasma are lost to the walls by implantation and are partially reemitted into the plasma. In addition, wall atoms are released and can enter the plasma. These wall atoms or impurities can deteriorate the plasma performance due to enhanced energy losses through radiation and an increase of the required magnetic pressure or a dilution of the fuel in the plasma. Finally, the impact of the plasma and energy on the wall can modify and deteriorate the thermal and mechanical pro­ perties of the vessel walls.