Contents
xi
6.3.3 Other PFM Candidates (Be and Li) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
6.3.4 Structure Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
6.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
7 Fundamentals of Hydrogen Recycling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
7.2 Overall Fuel Flow at Steady-State Burning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
7.3 Injection of Energetic Hydrogen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
7.4 Reflection, Reemission, and Retention . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
7.5 Permeation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
7.6 Isotope Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
7.7 Long-Term Retention and Trapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
7.8 Simulation and Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
7.9 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
Part III PMI, Observations in Present Large Tokamaks and
Prospects in a Reactor
8 PMI in Large Tokamaks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
8.1 Power Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
8.1.1 Power Load in JET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
8.1.2 Exchange of PFM from Carbon to High Z Metals . . . . . 136
8.1.3 ITER-Like Wall (ILW) in JET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
8.1.4 Power Load by High Energy Particles Produced
by Fusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
8.2 Erosion and Deposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
8.2.1 Carbon Wall (C-Wall) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
8.2.2 Metallic Wall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
8.3 Dust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
8.4 Recycling and Retention of Fuels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
8.4.1 Consideration of Fuel Retention Rate . . . . . . . . . . . . . . . . 146
8.4.2 Recycling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
8.4.3 Long Term Fuel Retention . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
8.5 T-Related Issues on the In-Vessel T Inventory . . . . . . . . . . . . . . . . 156
8.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
9 Fuel Retention in a Reactor with Full C-Wall and Full W-Wall
and Its Recovery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
9.2 Present Estimation of Fuel Retention in ITER . . . . . . . . . . . . . . . . 162
9.3 Construction of Fuel Retention Model in a Fusion Reactor . . . . . 163
9.4 Fuel Retention in Carbon Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
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6.3.3 Other PFM Candidates (Be and Li) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
6.3.4 Structure Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109
6.4 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
7 Fundamentals of Hydrogen Recycling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
7.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
7.2 Overall Fuel Flow at Steady-State Burning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116
7.3 Injection of Energetic Hydrogen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
7.4 Reflection, Reemission, and Retention . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
7.5 Permeation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123
7.6 Isotope Effects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
7.7 Long-Term Retention and Trapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126
7.8 Simulation and Modeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
7.9 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
Part III PMI, Observations in Present Large Tokamaks and
Prospects in a Reactor
8 PMI in Large Tokamaks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
8.1 Power Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
8.1.1 Power Load in JET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
8.1.2 Exchange of PFM from Carbon to High Z Metals . . . . . 136
8.1.3 ITER-Like Wall (ILW) in JET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
8.1.4 Power Load by High Energy Particles Produced
by Fusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
8.2 Erosion and Deposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
8.2.1 Carbon Wall (C-Wall) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
8.2.2 Metallic Wall . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
8.3 Dust . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
8.4 Recycling and Retention of Fuels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
8.4.1 Consideration of Fuel Retention Rate . . . . . . . . . . . . . . . . 146
8.4.2 Recycling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147
8.4.3 Long Term Fuel Retention . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152
8.5 T-Related Issues on the In-Vessel T Inventory . . . . . . . . . . . . . . . . 156
8.6 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 157
9 Fuel Retention in a Reactor with Full C-Wall and Full W-Wall
and Its Recovery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
9.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
9.2 Present Estimation of Fuel Retention in ITER . . . . . . . . . . . . . . . . 162
9.3 Construction of Fuel Retention Model in a Fusion Reactor . . . . . 163
9.4 Fuel Retention in Carbon Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164