Contents
Part I Fusion Reactor and Plasma Material Interactions
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
1.1 The Organization of This Book . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
1.2 Plasma–Material Interactions Caused by Power Load
of Radiation and Energetic Particles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
5
1.3 Energy Conversion from Nuclear to Thermal for Electric
Power Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7
1.4 Brief History of the Development of Plasma-Facing
Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.5 On PMI Studies for a Fusion Reactor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2 Discharges in Current Large Tokamaks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2 Discharges of Current Large Tokamaks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.3 Diagnostics for PMI Research . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3.1 Optical Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3.2 Probe Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.4 PMI Observed by Proves and Limiter Experiments . . . . . . . . . . . . 29
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3 Power Load on Plasma-Facing Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.2 Estimation of Power Load and Its Distribution in a Fusion
Reactor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.3 Steady-State Power Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.4 Transient Power Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.5 Power Load by Neutrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.6 Mitigation of Power Load (Power Exhaust) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
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Part I Fusion Reactor and Plasma Material Interactions
1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.1 The Organization of This Book . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.2 Plasma–Material Interactions Caused by Power Load
of Radiation and Energetic Particles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.3 Energy Conversion from Nuclear to Thermal for Electric
Power Generation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1.4 Brief History of the Development of Plasma-Facing
Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.5 On PMI Studies for a Fusion Reactor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2 Discharges in Current Large Tokamaks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.2 Discharges of Current Large Tokamaks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.3 Diagnostics for PMI Research . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3.1 Optical Spectroscopy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.3.2 Probe Measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.4 PMI Observed by Proves and Limiter Experiments . . . . . . . . . . . . 29
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3 Power Load on Plasma-Facing Materials . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3.2 Estimation of Power Load and Its Distribution in a Fusion
Reactor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
3.3 Steady-State Power Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.4 Transient Power Load . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
3.5 Power Load by Neutrons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
3.6 Mitigation of Power Load (Power Exhaust) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
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