The design of the toroidal-field divertor for the TITAN-II reversed-field-pinch reactor is described. Strong radiation from the core and edge plasma spreads the heat load over the first wall and divertor areas of the high-power-density reactor, and careful shaping of the divertor target plate restricts the maximum heat flux to ~7.5 MW/m2. A further feature leading to manageable heat fluxes is the “open” configuration for the divertor, in which the target plate is located close to the null point to take advantage of the expansion of magnetic flux. The divertor target is constructed from a single material, a tungsten-rhenium alloy, for both the armor and coolant tubes, to avoid stress concentrations which arise at the interface between different materials. This alloy was chosen for its high ductility and good thermal and mechanical properties, which are retained at high temperatures, and for its excellent resistance to erosion by sputtering in the anticipated divertor plasma conditions. Detailed finite-element modeling of the divertor target indicates a peak equivalent thermal stress in the armor of ~500 MPa. Fabrication of the divertor plate is based on brazing the bank of coolant tubes to the armor, all components being manufactured using powder metallurgy techniques. The coolant for the divertor plate ia an aqueous LiNO3 solution, with a lithium atomic percentage of 6.4%, as used throughout the fusion power core. Consideration of the thermal and physical properties of this solution allows coolant conditions to be chosen such that an adequate safety margin for critical heat flux is provided.
TITAN-II逆転磁場ピンチ炉用トロイダル磁場ダイバータの設計について述べる。炉心および周辺プラズマからの強い放射により、高パワー密度炉の第一壁およびダイバータ領域に熱負荷が分散され、ダイバータターゲット板の慎重な形状設計により、最大熱流束は約7.5 MW/m²に制限される。熱流束を管理可能にするさらなる特徴は、ダイバータの「開放型」構成であり、ターゲット板を磁気零点近傍に配置することで、磁束の拡がりを利用している。ダイバータターゲットは、アーマ材と冷却管の両方にタングステン‐レニウム合金という単一材料を使用しており、異種材料間の界面に生じる応力集中を回避している。この合金は、高温下でも維持される高い延性と優れた熱的・機械的特性、ならびに想定されるダイバータプラズマ条件下でのスパッタリングに対する優れた耐食性を有するため選定された。ダイバータターゲットの詳細な有限要素モデリングにより、アーマ材における最大相当熱応力は約500 MPaと示されている。ダイバータ板の製造は、冷却管群をアーマ材にろう付けする手法に基づいており、すべての構成部品は粉末冶金技術を用いて製造される。ダイバータの冷却材には、炉心全体で使用されているリチウム原子濃度6.4%の硝酸リチウム水溶液が用いられる。この溶液の熱的・物理的特性を考慮することで、臨界熱流束に対して十分な安全余裕が確保されるように冷却条件を選定することが可能となる。