Radiative Losses of Deuterons, Tritons, and Alpha Particles on Tungsten Ions in the Plasma of the ITER and EU-DEMO Tokamaks

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Integral radiative losses of deuterons, tritons, and alpha particles on impurity tungsten ions have been calculated for the first time within the statistical theory of the atom for the designed operational regimes of the ITER and EU-DEMO tokamak reactors. It was previously shown within the statistical theory of the atom that specific radiative losses of this new ion channel are comparable with specific electron radiative losses, which also include losses due to bremsstrahlung, radiative and dielectron recombination. Integral radiative losses have been calculated within the numerical model of fusion power isolines, which was previously proposed to study the operational space and design regimes of tokamak reactors. Spatial distributions of the tungsten density with various degrees of peaking in the center of a plasma column have been considered to study the influence of the accumulation of the impurity on integral radiative losses. It has been found that the studied new channel adds about 20 and 30% to the total integral radiative losses on tungsten in the ITER and E-U‑DEMO tokamak reactors, respectively. Consequently, this channel of radiative losses should be taken into account to examine in more detail the working scenarios of these devices.

About the authors

A. A. Mavrin

National Research Center Kurchatov Institute

Email: mavrin_aa@nrcki.ru
123182, Moscow, Russia

A. V. Demura

National Research Center Kurchatov Institute

Email: mavrin_aa@nrcki.ru
123182, Moscow, Russia

D. S. Leont'ev

National Research Center Kurchatov Institute

Email: mavrin_aa@nrcki.ru
123182, Moscow, Russia

V. S. Lisitsa

National Research Center Kurchatov Institute; Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University); National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute)

Author for correspondence.
Email: mavrin_aa@nrcki.ru
123182, Moscow, Russia; 141701, Dolgoprudnyi, Moscow region, Russia; 115409, Moscow, Russia

References

  1. M. Merola, D. Loesser, A. Martin et al. (Collaboration), Fusion Eng. Des. 85, 2312 (2010); https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2010.09.013.
  2. T. Hirai, F. Escourbiac, S. Carpentier-Chouchana et al. (Collaboration), Fusion Eng. Des. 88, 1798 (2013); https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2013.05.010.
  3. R. Wenninger, R. Albanese, R. Ambrosino et al. (Collaboration), Nucl. Fusion 57, 046002 (2017); https://doi.org/10.1088/1741-4326/aa4fb4.
  4. J. H. You, G. Mazzone, E. Visca et al. (Collaboration), Fusion Eng. and Des. 175, 113010 (2022); https://doi.org/10.1016/j.fusengdes.2022.113010.
  5. V. I. Gervids, A. G. Zhidkov, V. S. Marchenko, and S. I. Yakovlenko, Kinetics of radiation multiply charged ions in a fusion plasma, Reviews of Plasma Physics, Consultants Bureau: N.Y., USA (1987), v. 12.
  6. V. A. Abramov, V. G. Gontis, and V. S. Lisitsa, Sov. J. Plasma Phys. 10, 235 (1984).
  7. M. Klapisch, M. Busquet, and A. Bar-Shalom, AIP Conf. Proc. 926, 206 (2007); https://doi.org/10.1063/1.2768853.
  8. N. R. Badnell, AUTOSTRUCTURE, Astrophysics Source Code Library, record ascl: 1612.014; https://www.ascl.net/1612.014.
  9. A. Kramida, Atoms 7, 64 (2019); https://doi.org/10.3390/atoms7030064.
  10. P. Gomb'as, Die Statistische Theorie des Atoms und ihre Anwendungen, Springer-Verlag, Vienna, Austria (1949).
  11. W. Brandt and S. Lundqvist, Phys. Rev. 139, A612 (1965); https://doi.org/10.1103/PhysRev.139.A612.
  12. A. V. Demura, D. S. Leont'iev, V. S. Lisitsa, and V. A. Shurygin, JETP 125, 663 (2017); https://doi.org/10.1134/S1063776117090138.
  13. A. V. Demura, M. B. Kadomtsev, V. S. Lisitsa, and V. A. Shurygin, J. Phys. B: At. Mol. Opt. Phys. 48, 055701 (2015); https://doi.org/10.1088/0953-4075/48/5/055701.
  14. A. V. Demura, M. B. Kadomtsev, V. S. Lisitsa, and V. A. Shurygin, JETP Lett. 98, 786 (2014); https://doi.org/10.1134/S0021364013250097.
  15. A. V. Demura, D. S. Leont'ev, V. S. Lisitsa, and V. A. Shurygin, JETP Lett. 106, 429 (2017); https://doi.org/10.1134/s0021364017190067.
  16. A. V. Demura, D. S. Leontyev, and V. S. Lisitsa, Probl. At. Sci. Technol. Ser. Thermonucl. Fusion 45(1), 42 (2022).
  17. E. Fermi and Z. Physik 29, 315 (1924); https://doi.org/10.1007/BF03184853.
  18. L. D. Landau and E. M. Lifshitz, The Classical Theory of Fields, 4th ed., Butterworth-Heinemann, Oxford, UK (1975), v. 2.
  19. V. V. Ivanov, A. B. Kukushkin, and V. I. Kogan, Soviet J. Plasma Phys. 15, 892 (1989).
  20. S. V. Putvinskii, Alpha particles in tokamaks, Reviews of Plasma Physics, Springer, N.Y., USA (1993).
  21. A. A. Mavrin, and A. V. Demura, Atoms 9, 87 (2021); https://doi.org/10.3390/atoms9040087.
  22. H.-S. Bosch and G. M. Hale, Nucl. Fusion 32, 611 (1992); https://doi.org/10.1088/0029-5515/32/4/I07.
  23. T. Pu�tterich, R. Neu, R. Dux, A. D. Whiteford, M. G. O'Mullane, H. P. Summers, and the ASDEX Upgrade Team, Nucl. Fusion 50, 025012 (2010); https://doi.org/10.1088/0029-5515/50/2/025012.
  24. A. A. Mavrin, Plasma Phys. Control. Fusion 62, 105023 (2020); https://doi.org/10.1088/1361-6587/abab5d.
  25. A. A. Mavrin, Radiat. E. Def. Solids 173, 388 (2018); https://doi.org/10.1080/10420150.2018.1462361.
  26. T. Pu�tterich, R. Dux, R. Neu et al. (Collaboration), Plasma Phys. Control. Fusion 55, 124036 (2013); https://doi.org/10.1088/0741-3335/55/12/124036.
  27. C. Angioni, P. Mantica, T. Pu�tterich et al. (Collaboration), Nucl. Fusion 54, 083028 (2014); https://doi.org/10.1088/0029-5515/54/8/083028.
  28. A. Huber, S. Brezinsek, V. Huber et al. (Collaboration), Nucl. Mater. Energy 25, 100859 (2020); https://doi.org/10.1016/j.nme.2020.100859.
  29. S. H. Kim, T. A. Casper, and J. A. Snipes, Nucl. Fusion 58, 056013 (2018); https://doi.org/10.1088/1741-4326/aab034.
  30. S. H. Kim, A. R. Polevoi, A. Loarte, S. Yu. Medvedev, and G. T. A. Huijsmans, Nucl. Fusion 61, 076004 (2021); https://doi.org/10.1088/1741-4326/abf43e.
  31. R. Wenninger, R. Kembleton, C. Bachmann et al. (Collaboration), Nucl. Fusion 57, 016011 (2017); https://doi.org/10.1088/0029-5515/57/1/016011.
  32. J. Wesson, Tokamaks, 3rd ed., Clarendon Press, Oxford, UK (2004).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2023 Российская академия наук

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».