In the conceptual design of EU-DEMO, damage to plasma-facing components under disruption events is planned to be mitigated by specific sacrificial limiter components. A new limiter concept has been proposed using lattice structures fabricated with tungsten powder by additive manufacturing techniques. The major potential benefits of using a lattice structure for limiters are the possibility to customise the thermal conductivity and structural compliance of these components to manage temperatures and stress within material limits and lower the sensitivity to crack propagation. This paper presents the results of the first investigations into the production, characterisation, and high heat flux testing of these lattices to assess their suitability for DEMO limiters. First stage prototypes have been manufactured from tungsten and tungsten tantalum mixed powder with two distinct laser power bed fusion processes, namely pulsed laser and continuous laser with heated bed. The samples are characterised in terms of mass, volume, density, extent of microcracks and voids, level of un-melted or partially melted particulates, texture and grain size, as well as tantalum segregation when applicable. High transient (0.25 ms) heat load testing, with hydrogen plasma of energy density up to ∼3 MJ m−2 was carried out at Kharkov Institute of Physics and Technology on the quasi-stationary plasma accellerator Kh-50. These tests have shown that the energy absorbed by latticed targets preheated at 500 °C is close to that absorbed by solid tungsten, suggesting that they may be used for limiter applications with the added advantage of adjustment of the heat transfer and stiffness performance by geometry design or material properties.
EU-DEMOの概念設計において、ディスラプション事象下でのプラズマ対向部品の損傷は、特定の犠牲リミター部品によって緩和される計画である。積層造形技術によりタングステン粉末を用いて作製された格子構造を用いた新しいリミター概念が提案されている。リミターに格子構造を用いる主な潜在的利益は、材料限界内で温度と応力を管理するためにこれらの部品の熱伝導率と構造コンプライアンスをカスタマイズできる可能性と、き裂伝播に対する感受性を低下させられることである。本論文は、これらの格子構造のDEMOリミターへの適合性を評価するための、製造、特性評価、および高熱流束試験に関する最初の調査結果を提示する。第一段階のプロトタイプは、タングステンおよびタングステン-タンタル混合粉末から、2つの異なるレーザーパウダーベッドフュージョン法、すなわちパルスレーザーと加熱ベッドを備えた連続レーザーを用いて製造された。試料は、質量、体積、密度、微細き裂とボイドの程度、未溶融または部分溶融粒子のレベル、テクスチャーと結晶粒径、および該当する場合にはタンタルの偏析に関して特性評価された。エネルギー密度が最大 ∼3 MJ m−2 の水素プラズマを用いた高過渡(0.25 ms)熱負荷試験は、ハリコフ物理学技術研究所の準定常プラズマ加速器Kh-50において実施された。これらの試験により、500 °Cに予熱された格子状ターゲットに吸収されるエネルギーは、固体タングステンに吸収されるエネルギーに近いことが示され、これらの格子構造が、幾何学的設計または材料特性による熱伝達および剛性性能の調整という追加の利点を伴って、リミター用途に使用できる可能性が示唆される。