AbstractThe HYLIFE-II conceptual inertial fusion energy (IFE) reactor design uses stationary and oscillating slab jets, or liquid sheets, to create a protective pocket that allows target injection and driver beam propagation while protecting the chamber first walls from neutrons, X-rays and target debris. Thick liquid wall protection can, therefore, reduce reactor chamber size and increase chamber lifetime in commercial IFE reactors. Minimizing driver beam interference and irradiation of the final focus magnets places stringent requirements upon the surface smoothness of the stationary liquid sheets that shield the heavy-ion driver array. Experiments were carried out to determine how nozzle and flow conditioner design affect surface smoothness in turbulent liquid sheets at Reynolds numbers up to 130 000. The free-surface was directly imaged using planar laser-induced fluorescence (PLIF) at downstream distances up to 25 times the sheet thickness at the nozzle exit. The data are processed to determine the probability of finding fluid at any given spatial location. The surface smoothness of sheets of water issuing from nozzles with various contractions and rectangular or nearly elliptical exits into atmospheric pressure air were quantified and compared. The free-surface characteristics of liquid sheets issuing from unblocked and partially blocked (2.5% of total area) but otherwise identical flow conditioners were compared to investigate the robustness of flow conditioning elements over long operation times. These results on nearly prototypical turbulent stationary liquid sheets address a number of technical feasibility issues for thick liquid protection in IFE reactors.
要約HYLIFE-II概念慣性核融合エネルギー（IFE）炉設計では、定常および振動スラブジェット、すなわち液体シートを用いて保護ポケットを形成し、ターゲット入射とドライバービーム伝播を可能にしつつ、炉心第一壁を中性子、X線、ターゲットデブリから保護する。したがって、厚い液体壁による保護は、商業用IFE炉において炉心容器サイズを縮小し、炉心寿命を延ばすことができる。ドライバービームの干渉と最終集束磁石の照射を最小限に抑えることは、重イオンドライバーアレイを遮蔽する定常液体シートの表面平滑性に厳格な要件を課す。レイノルズ数が最大130 000の乱流液体シートにおいて、ノズルと流れ調整器の設計が表面平滑性にどのように影響するかを決定するために実験が行われた。自由表面は、ノズル出口におけるシート厚さの25倍までの下流距離において、平面レーザー誘起蛍光法（PLIF）を用いて直接撮像された。データは、任意の空間位置において流体が存在する確率を決定するために処理される。様々な収縮形状と矩形またはほぼ楕円形の出口を持つノズルから大気圧空気中に噴出される水のシートの表面平滑性が定量化され、比較された。閉塞のない流れ調整器と部分的に閉塞された（総面積の2.5％）がそれ以外は同一の流れ調整器から噴出される液体シートの自由表面特性が比較され、長期間の運転における流れ調整要素の堅牢性が調査された。ほぼプロトタイプに近い乱流定常液体シートに関するこれらの結果は、IFE炉における厚い液体壁保護に関する多くの技術的実現可能性の問題に取り組むものである。