To develop realistic liquid lithium divertors for future fusion reactors, this paper aims to improve the understanding of their power handling capabilities. A liquid lithium divertor target prototype, designed to facilitate liquid metal experiments in tokamaks, was tested in Magnum-PSI. The target has an internal reservoir pre-filled with lithium and aims to passively re-supply the textured plasma facing surface during operation. To assess the power handling capability the target was exposed to helium plasmas with increasing power flux density in the linear plasma device Magnum-PSI. The temperature response of lithium targets was recorded via an infrared camera, and compared to finite element method modeling taking into account dissipation via lithium in the plasma. It was found that the target works as intended and can take up to 9 1 MW m−2 for 10 s before the mesh layer was damaged, and could continue operating at higher power densities even after being damaged. The total lifetime of the targets was up to 100 s. Overall the targets are found suitable for use in tokamak experiments. Additionally, a central surface temperature evolution indicative of vapor shielding was observed on intact targets. Predicting the target temperature (and consequently the evaporation rates and thermal stresses) is considered very relevant for the design of lithium divertor targets for DEMO. The observed temperature response could indeed be replicated through modeling, which showed that a significant power fraction was dissipated by the lithium in the plasma.
将来の核融合炉における液体リチウムダイバータの実現可能性を評価するため、本論文ではその熱負荷処理能力の理解を深めることを目的とする。トカマク実験における液体金属実験を促進するために設計された液体リチウムダイバータ試作機を、Magnum-PSI装置において試験した。この試作機は内部にリザーバを有し、事前にリチウムを充填しており、運転中にテクスチャ加工されたプラズマ対向面へ受動的にリチウムを供給する設計となっている。熱負荷処理能力を評価するため、本試作機をMagnum-PSI装置において増加するパワーフラックス密度のヘリウムプラズマに曝露した。液体リチウムターゲットの温度応答は赤外線カメラにより記録され、プラズマ中のリチウムによる放熱を考慮した有限要素法モデリングと比較された。その結果、本試作機は設計通りに機能し、メッシュ層が損傷するまでに最大9 MW m−2の熱負荷を10秒間承受可能であり、損傷後もより高いパワーフラックス密度で運転を継続できることが判明した。ターゲットの総寿命は最大100秒であった。全体として、本試作機はトカマク実験での使用に適していることが示された。さらに、無傷のターゲットにおいては、蒸気遮蔽を示唆する中心部表面温度の推移が観察された。ターゲット温度の予測（ひいては蒸発速度と熱応力の予測）は、DEMO用リチウムダイバータ設計において極めて重要である。観察された温度応答はモデリングによって的確に再現され、プラズマ中のリチウムによって有意な割合のパワーが放散されることが示された。