液体金属自由表面流を用いたプラズマ-液体相互作用研究

使用液态金属自由表面流进行等离子体-液体相互作用研究

基本信息

批准号：
22K14024
负责人：
浜地志憲
金额：
$ 2.91万
依托单位：
National Institute for Fusion Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は、世界的にも実験的な研究が少ない、液体金属の自由表面流とプラズマの相互作用を調べることを主眼としている。2022年度は真空中での溶融スズの自由表面流を実現するため、全体を300度に加熱し、高価であり、循環系であるためプラズマ照射後の溶融スズの分析には不向きな電磁ポンプを用いた循環ではなく、不活性ガス（アルゴン）のガス圧によって一方向に溶融スズを駆動させる液体金属流動装置を設計・製作し、大気に晒すことなく溶融スズを駆動するシステムを実現した。また、核融合炉での液体金属自由表面流の応用にも必要である壁面の濡れ性改善手法として、溶融スズを用いてステンレス鋼(sus304)表面に形成した合金層を用いる方法を考案し、その性能を上記装置で評価した。結果、未処理のsus304で作成したスロープでは、投入した溶融スズが金属との表面張力差の大きさによりボール状の液滴として滑り落ちる一方で、sus304表面に合金層を形成したスロープでは幅約60mmの自由表面流の形成に成功した。この手法による金属表面の濡れ性改善は、先行研究で用いられるプラズマを照射するのと同じ真空系での前処理プラズマ照射を行う手法より簡便で、大気曝露にも強いため、有用な手法であると考えられる。上記の成果を踏まえ、既存の直線型プラズマ装置に上記と同様の液体金属流動装置を導入するため、その設計・製作を開始し、2022年度末までに装置の設計と照射・計測チャンバーなどの製作を終了した。

这项研究的主要重点是研究液态金属自由表面流与等离子体之间的相互作用，这是全球范围内很少有实验研究的领域。 2022财年，为了实现真空中熔锡的自由表面流动，我们将把整个本体加热到300度，并使用电磁泵，该泵价格昂贵，且由于其循环系统不适合分析等离子照射后的熔锡我们设计并制造了一种液态金属流动装置，该装置利用惰性气体（氩气）的气压而不是循环来驱动熔融锡，并实现了一种在不暴露于大气的情况下驱动熔融锡的系统。此外，我们还设计了一种利用熔融锡在不锈钢（SUS304）表面形成合金层的方法，作为改善壁面润湿性的方法，这对于液态金属自由表面流的应用是必要的。使用上述装置对其性能进行了评估。结果，在由未处理的SUS304制成的斜面中，引入的熔融锡由于与金属的表面张力的差异而以球形液滴的形式滑落，而在由在SUS304上形成的合金层制成的斜面中表面，宽度约为60毫米，成功形成自由表面流。该方法是有用的，因为与先前研究中使用的方法相比，该方法更容易改善金属表面的润湿性，该方法涉及在用于等离子体照射的相同真空系统中进行预处理等离子体照射，并且可以抵抗大气暴露。。基于以上结果，我们将开始设计和制造一种与上述类似的液态金属流动装置，以便将其引入到现有的线性等离子体装置中，并通过以下方式设计和制造该装置和辐照/测量室等。 2022 财年结束。