Abstract
Within
the European Power Plant Conceptual Study (PPCS) started in 2000 it is
planned to integrate a Helium cooled blanket with a divertor using the
same coolant. The present work is intended to focus research on concepts
that are capable of withstanding the large heat fluxes expected for the
divertor.
Five
divertor plate concepts – two from the first phase of the PPCS, one variation,
and two concepts from the literature – are assessed on the basis of consistent
assumptions and operating parameter ranges. While thermohydraulic performance
is judged by maximum wall temperatures and pressure drop, thermal stresses
are estimated based on temperature differences across the cooling channel.
The
results show that thermal stress is the limiting quantity for all concepts.
They confirm that (i) a large heat transfer coefficient on the fluid side;
(ii) the delivery of low temperature coolant to the First Wall, i.e. a
flow path transversal to the First Wall; and, (iii) the use of refractory
metals are key elements of a Helium cooled divertor.
Vergleich
heliumgekühlter Divertorkonzepte
Zusammenfassung
Im Rahmen
der im Jahr 2000 begonnenen Europäischen Leistungsreaktorstudie ist
die Integration eines heliumgekühlten Blankets mit einem ebenfalls
heliumgekühlten Divertor geplant. Dazu gibt es einen Reihe von potentiellen
Divertorkonzepten. Die vorliegende Arbeit soll Entwicklungen im Rahmen
der Studie auf diejenigen Konzepte fokussieren, die das größte
Potential für die Abführung der im Divertor anfallenden großen
Wärmeströme besitzen.
Fünf
Konzepte für den Aufbau von Divertorplatten – zwei aus der ersten
Phase der Reaktorstudie, eine Variation dazu, sowie zwei Konzepte aus der
Literatur – werden auf der Basis konsistenter Annahmen und Betriebsbedingungen
bewertet. Dabei wird die thermohydraulische Leistungsfähigkeit nach
maximaler Wandtemperatur und Druckverlust bewertet, während thermische
Spannungen auf der Basis von Temperaturunterschieden an Vorder- und Rückseite
des Kühlkanales überschlagen werden.
Die Ergebnisse
bestätigen, daß (1) ein großer Wärmeübergangskoeffizient
auf der Fluidseite, (2) der Zugang von kaltem Helium an allen Punkten der
Ersten Wand, und damit ein Kühlmittelfluß senkrecht zur Ersten
Wand, und (3) der Einsatz von Refraktormetallen zentrale Elemente eines
heliumgekühlten Divertors sind.