Esquema
1. Introducción
Conceptos básicos de interacción plasma-pared
2. Física del Plasma en Contacto con Materiales
Formación del sheath y consecuencias para el plasma de la SOL (Scrape-off Layer)
3. Transporte de Partículas y Energía en la SOL
Modelo 1-D de la SOL. Transporte anómalo y anchura de la SOL. Consecuencias para un reactor de fusión
Tema 1 : Introducción (I)
El campo magnético provee el aislamiento térmico del plasma
? disminuye los flujos de energía/partículas que el plasma pierde pero no
Sin
Con
Tema 1 : Introducción (II)
Procesos difusivos ? Ley de Fick:
Te = 100 eV, ne = 1019 m-3, Bt = 3 T
Electrones : rL = 10 mm lII = 14 m v = 5 106 m/s
D+ : rL = 0.5 mm lII = 14 m v = 9 104 m/s
D coeficiente de difusión, l camino libre medio entre colisiones, t tiempo medio entre colisiones
Tema 1 : Introducción (III)
Plasma en contacto con sólidos ? formación del sheath
Flujos al contacto entre plasma y sólido :
Ge = ne ve & Gi = ni vi
Ge/Gi = ve/vi = (mi/me)1/2 ~ 60
Plasma
ne = ni
(Gp:) Flujos estacionarios de plasma a sólido
Ge = Gi
(Gp:) Establecimiento del Sheath
(Gp:) – +
– +
– +
– +
–
Tema 1 : Introducción (IV)
Plasmas en campos magnéticos y en contacto con sólidos
Sheath + Scrape-off Layer
l
a
? l/a << 1 (típicamente < 10-2)
Tema 1 : Introducción (V)
Limitador ? Material en contacto directo con plasma confinado
Divertor ? Campos magnéticos separan Material y plasma confinado
La existencia de Sheath y SOL permite controlar la interacción entre plasmas confinados magnéticamente y la cámara de vacío
Tema 1 : Introducción (VI)
Campos magnéticos en el borde de plasmas tokamaks
Limitador :Bf provisto por bobinas externas & Bq = m0Ip/(2pa)
Tema 1 : Introducción (VII)
Campos magnéticos en el borde de plasmas tokamaks
Divertor :Bf provisto por bobinas externas & Bq = Bqplasma + Bqdiv
Punto X ? Bq = 0
Bq plasma = m0Ip/(2pa)
||
Bq div = m0Id/(2pd)
a
d
Tema 1 : Introducción (VIIb)
Configuraciones con divertor reales. Ejemplo tokamak JET
Tema 1 : Introducción (VIII)
Implicaciones prácticas del control de interacción plasma-pared :
Limitadores y Placas Divertoras
Tema 1 : Introducción (VIIIb)
Interacción del plasma con limitadores y placas divertoras
Ejemplo : Plasma del tokamak JET
Tema 1 : Introducción (IX)
Procesos físicos en materiales en contacto con plasmas
(Gp:) Backscattering de iones
Backscattering de electrones y emisión de electrones secundarios
Reemisión de moléculas
Sputtering físico
Sputtering químico
Reciclado : Neutralización del plasma de hidrógeno en el sólido y reemisión en forma de especies neutras
Tema 1 : Introducción (X)
Backscattering de iones
Eion (H) = 13.6 eV
&
Eion (C) = 11.2 eV Eion (W) = 7.8 eV
E1
E’1 E’2
E’1 aumenta para m2 >> m1
D+ es mayoritariamente reemitido como átomo neutro y no como ion
Tema 1 : Introducción (XI)
Backscattering de iones y emisión de moléculas
(1-RN ) D+ se frenan en el material ? vuelven a la superficie ? se reemiten como D2
Tema 1 : Introducción (XIb)
Re-emisión de D como D0 o D2 depende de la temperatura de la superficie (C)
Tema 1 : Introducción (XII)
Backscattering de electrones y electrones secundarios
Electrones son emitidos bajo impactos de iones, electrones,…
El principal proceso Te < 100 eV es emisión de electrones secundarios ? Ee ~ eV (similar a la función de trabajo f)
La emisión de electrones reduce la diferencia inicial entre Ge y Gi y afecta (reduce) el campo eléctrico del sheath
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