AbstractPressurized helium is under consideration for cooling Langmuir probes and plasma facing components of next generation fusion experiments. Helium is non-corrosive, does not activate, separated easily from tritium, vacuum compatible, and undergoes no phase transformations. Recently, the thermal performance of a bare-copper, dual-channel, helium-cooled, porous metal divertor mock-up, designed and fabricated by Thermacore Inc., was evaluated on Sandia's 30 kW Electron Beam Test System equipped with a closed helium flow loop. The module uses short circumferential flow paths to minimize pressure drops and pumping requirements while achieving optimal thermal performance by providing a very large effective surface area. The module was tested under both uniform and non-uniform heat loads to assess the effects of mass flow instabilities. It survived a maximum absorbed heat flux of 29.5 MW/m2 on a 2-cm2 area. Results on the power sharing between the two channels is presented and compared with that of a previous design. These experimental results coupled with appropriate modeling provide insight on flow instabilities in multi-channel, helium-cooled heat exchangers.
加圧ヘリウムは、次世代核融合実験装置のラングミュアプローブおよびプラズマ対向部品の冷却用として検討されている。ヘリウムは非腐食性であり、放射化せず、トリチウムから容易に分離でき、真空適合性があり、相変態を起こさない。最近、Thermacore Inc.によって設計・製造された、裸銅製の二重チャネル型ヘリウム冷却多孔質金属ダイバータ模擬体の熱性能が、閉ループヘリウム流動系を備えたSandiaの30 kW電子ビーム試験装置において評価された。このモジュールは、短い円周方向流路を用いて圧力損失とポンプ動力を最小化しつつ、非常に大きな有効表面積を提供することで最適な熱性能を達成している。このモジュールは、一様および非一様な熱負荷の両方の条件下で試験され、質量流動不安定性の影響が評価された。2 cm²の面積において最大29.5 MW/m²の吸収熱流束に耐えた。2つのチャネル間の出力配分に関する結果が示され、以前の設計と比較された。これらの実験結果は、適切なモデリングと組み合わせることで、多チャネル型ヘリウム冷却熱交換器における流動不安定性に関する洞察を提供する。