Аддитивное производство устройств ввода нижнегибридного тока из GRCop-84 с использованием LPBF (S...

Монолитное аддитивное производство пусковых устройств для генерации нижнегибридного тока из медного сплава GRCop-84 с использованием лазерного спекания порошкового слоя 19-й симпозиум IEEE по термоядерной инженерии (SOFE-2021) Мы представляем многопереходное пусковое устройство для генерации нижнегибридного тока со стороны высокого поля (HFS), предназначенное для установки в токамаке DIII-D. Запуск нижнегибридных волн частотой 4,6 ГГц со стороны высокого поля (HFS) в DIII-D при n||=-2,7 обеспечивает улучшенную эффективность генерации тока 140 кА/МВт при r/a=0,6-0,8. Новое многопереходное пусковое устройство снижает циркулирующую мощность до более низкого электрического поля ниже порога мультипактора 9,3 кВ/см в широком диапазоне плотности на краю плазмы (ne=10¹⁷ до 10¹⁸ м⁻³) с помощью делителя мощности бегущей волны и путем согласования импеданса апертуры пускового устройства с краем плазмы. Аддитивное производство (АМ) радиочастотных (РЧ) пусковых установок из газораспыленного порошка Glenn Research Copper 84 (GRCop-84) с использованием лазерного спекания порошкового слоя (LPBF) позволяет создавать конфигурации, недостижимые при традиционных процессах механической обработки, обеспечивая при этом полностью плотную, совместимую с вакуумом структуру без последующего горячего изостатического прессования. GRCop-84 — это упрочненный осаждением/дисперсией сплав Cr2Nb (8 ат. % Cr и 4 ат. % Nb), в котором структура осаждения измельчается в процессе быстрого плавления и затвердевания при LPBF, что увеличивает предел прочности на растяжение до 700 МПа по механизму Орована, превосходя конкурирующие сплавы CuCrZr, при сохранении 80% проводимости чистой меди. Устойчивость к отжигу при длительных температурах 800 °C, низкое содержание бора и аналогичные размеры и объемные доли осаждения, как у существующих медных сплавов, устойчивых к нейтронному распуханию, подразумевают стабильность в условиях термоядерного реактора. GRCop-84 — это упрочненный осаждением сплав Cr2Nb (8 ат. % Cr и 4 ат. % Nb), в котором структура осаждения измельчается в процессе быстрого плавления и затвердевания при LPBF, что увеличивает предел прочности на растяжение до 700 МПа по механизму Орована, превосходя конкурирующие сплавы CuCrZr, при сохранении 80% проводимости чистой меди. Аддитивное производство с использованием технологии LPBF является ключевой технологией, позволившей монолитную печать сложных структур настройки и согласования ВЧ-сигналов внутри полоидальных делителей мощности, что было недостижимо при традиционной механической обработке. ВЧ-физика монолитно напечатанных LHCD-излучателей, включающих самонесущие ВЧ-структуры, сравнивается с конструкциями, подходящими для традиционной механической обработки. Пятиугольные волноводы самонесут, выступая над элементами со скошенной крышей. Разработаны аналитические модели ВЧ-свойств и сопоставлены с результатами моделирования в COMSOL. Химико-механическая полировка сгладила недоступные внутренние поверхности, полученные методом аддитивного производства, для снижения ВЧ-потерь. В будущем излучатели могут быть монолитно напечатаны в виде готовых блоков, что позволит создавать универсальные ВЧ-конструкции. Работа поддержана Министерством энергетики США (USDOE) с использованием пользовательского центра DIII-D в рамках гранта № DE-FC02-04ER54698 и контракта MIT № DE-SC0014264. В данной работе также использовались общие экспериментальные установки MRSEC в MIT, поддерживаемые Национальным научным фондом в рамках гранта № DMR-14-19807.