In the future application of nuclear fusion, the liquid metal flows are considered to be an attractive option of the first wall of the tokamak which can effectively remove impurities and improve the confinement of plasma. Moreover, the flowing liquid metal can solve the problem of the corrosion of the solid first wall due to high thermal load and particle discharge. In the magnetic confinement fusion reactor, the liquid metal flow experiences strong magnetic and electric, fields from plasma. In the present paper, an experiment has been conducted to explore the influence of electric and magnetic fields on liquid metal flow. The direction of electric current is perpendicular to that of the magnetic field direction, and thus the Lorentz force is upward or downward. A laser profilometer based on the laser triangulation technique is used to measure the thickness of the liquid film of Galinstan. The phenomenon of the liquid column from the free surface is observed by the high-speed camera under various flow rates, intensities of magnetic field and electric field. Under a constant external magnetic field, the liquid column appears at the position of the incident current once the external current exceeds a critical value, which is inversely proportional to the magnetic field. The thickness of the flowing liquid film increases with the intensities of magnetic field, electric field, and Reynolds number. The thickness of the liquid film at the incident current position reaches a maximum value when the force is upward. The distribution of liquid metal in the channel presents a parabolic shape with high central and low marginal. Additionally, the splashing, i.e. the detachment of liquid metal is not observed in the present experiment, which suggests a higher critical current for splashing to occur.
将来の核融合応用において、液体金属流はトカマクの第一壁の魅力的な選択肢と考えられており、不純物を効果的に除去し、プラズマの閉じ込めを向上させることができる。さらに、液体金属流は、高熱負荷と粒子負荷による固体第一壁の腐食問題を解決することができる。磁場閉じ込め核融合炉では、液体金属流はプラズマからの強い磁場と電場を経験する。本論文では、電場と磁場が液体金属流に及ぼす影響を調査するための実験が行われた。電流の方向は磁場の方向に垂直であり、したがってローレンツ力は上向きまたは下向きである。レーザー三角測量技術に基づくレーザープロフィロメータを用いて、ガリンスタンの液膜厚さを測定した。様々な流量、磁場強度、電場強度の下で、高速カメラにより自由表面からの液柱の現象を観察した。一定の外部磁場の下では、外部電流が臨界値を超えると、電流の入射位置に液柱が現れ、その臨界値は磁場に反比例する。流れる液膜の厚さは、磁場強度、電場強度、レイノルズ数の増加とともに増加する。電流の入射位置における液膜の厚さは、力が上向きのときに最大値に達する。チャネル内の液体金属の分布は、中央部が高く周辺部が低い放物線形状を示す。さらに、本実験ではスプラッシング、すなわち液体金属の飛散は観察されず、スプラッシングが発生するためにはより高い臨界電流が必要であることが示唆される。