An upgrade of the DIII-D vacuum vessel protection system has been completed. The ceiling, floor, and inner wall have been armored to enable operation of CIT-relevant double-null diverted plasmas and to enable the use of the inner wall as a limiting surface. The all-graphite tiles replace the earlier partial coverage armor configuration which consisted of a combination of Inconel tiles and graphite brazed to Inconel tiles. A new all-graphite design concept was chosen for cost and reliability reasons.The ten minute duration between plasma discharge required the tiles to be cooled by conduction to the water-cooled vessel wall. Using two and three-dimensional analyses, the tile design was optimized to minimize thermal stresses with uniform thermal loading on the plasma-facing surface. Minimizing the stress around the tile hold-down feature and eliminating stress concentrators were emphasized in the design. The design of the tile fastener system resulted in sufficient hold-down forces for good thermal conductance to the vessel and for securing the tile against eddy current forces.The tiles are made of graphite, and a program to select a suitable grade of graphite was undertaken. Initially, graphites were compared based on published technical data. Graphite samples were then tested for thermal shock capacity in an electron beam test facility at the Sandia National Laboratory (SNLA) in Albuquerque, New Mexico, USA.The expected operational heat load to the tiles is 500 W/cm2 for 10 s over the entire tile during limiter operation and 1000 W/cm2 over a 2 cm wide band for 10 s for divertor operation. Comparative stress analysis was performed on the basis of 1000 W/cm2 uniformly distributed on the front surface for 5 s with 10 min between pulses. Prototype tiles survived beam heating to the limit of the beam system which was 1000 W/cm2 for 4 s or 1750 W/cm2 for 1.75 s. The electron beam facility at the Sandia National Laboratory was used to deposite higher heat flux in a 2 cm wide band in order to model divertor heat flux conditions. These tests were successful with heat fluxes up to 2500 W/cm2 for 5 s. Both the ion beam and the electron beam tests produced surface temperatures up to 3100 °C which resulted in minor surface erosion but no structural cracking.Installation of approximately 1600 armor tiles was accomplished in November/December 1987. Initial operation experience with the new armor system is summarized.
DIII-D真空容器保護システムのアップグレードが完了した。天井、床、内壁は、CIT関連のダブルヌル・ダイバータプラズマの運転を可能にし、内壁をリミター表面として使用することを可能にするために装甲が施された。全面黒鉛タイルは、インコネルタイルとインコネルタイルに黒鉛をろう付けしたものの組み合わせからなる従来の部分被覆装甲構成に取って代わるものである。コストと信頼性の理由から、新しい全面黒鉛設計コンセプトが選択された。プラズマ放電の間の10分間は、水冷容器壁への伝導によるタイルの冷却が必要であった。2次元および3次元解析を用いて、プラズマ対向面への均一な熱負荷を伴う熱応力を最小限に抑えるようにタイル設計を最適化した。タイルの固定機構周辺の応力を最小限に抑え、応力集中部を排除することに重点を置いて設計された。タイル留め具システムの設計により、容器への良好な熱伝導率と、渦電流による力に対してタイルを固定するのに十分な押さえ付け力が得られた。タイルは黒鉛でできており、適切なグレードの黒鉛を選択するプログラムが実施された。最初に、公表された技術データに基づいて黒鉛を比較した。次に、米国ニューメキシコ州アルバカーキのサンディア国立研究所（SNLA）の電子ビーム試験施設で、熱衝撃容量について黒鉛サンプルを試験した。タイルへの予想される運転熱負荷は、リミター運転中はタイル全体に500 W/cm²で10秒間、ダイバータ運転中は2cm幅の帯域に1000 W/cm²で10秒間である。比較応力解析は、パルス間を10分とし、前面に1000 W/cm²を5秒間均一に分布させた場合に基づいて実施された。試作タイルは、ビームシステムの限界である1000 W/cm²で4秒間、または1750 W/cm²で1.75秒間のビーム加熱に耐えた。サンディア国立研究所の電子ビーム施設は、ダイバータの熱流束条件を模擬するために、2cm幅の帯域でより高い熱流束を堆積させるために使用された。これらの試験は、2500 W/cm²で5秒間という熱流束で成功した。イオンビーム試験と電子ビーム試験の両方で、表面温度が3100°Cに達し、軽微な表面侵食は生じたが、構造的なひび割れは生じなかった。約1600枚の装甲タイルの設置は1987年11月から12月にかけて完了した。新しい装甲システムでの初期の運転経験を要約する。