Thermographic analysis of plasma facing components covered by carbon surface layer in tokamaks
Description
Tokamaks are reactors based on the thermonuclear fusion energy with magnetic confinement of the plasma. In theses machines, several MW are coupled to the plasma for about 10 s. A large part of this power is directed towards plasma facing components (PFC). For better understanding and control the heat flux transfer from the plasma to the surrounding wall, it is very important to measure the surface temperature of the PFC and to estimate the imposed heat flux. In most of tokamaks using carbon PFC, the eroded carbon is circulating in the plasma and redeposited elsewhere. During the plasma operations, this leads at some locations to the formation of thin or thick carbon layers usually poorly attached to the PFC. These surface layers with unknown thermal properties complicate the calculation of the heat flux from IR surface temperature measurements. To solve this problem, we develop first, inverse method to estimate the heat flux using thermocouple (not sensitive to the carbon surface layers) temperature measurements. Then, we propose a front face pulsed photothermal method allowing an estimation of layers thermal diffusivity, conductivity, effusivity and the thermal contact resistance between the layer and the tile. The principle is to study with an infrared sensor, the cooling of the layer surface after heating by a short laser pulse, this cooling depending on the thermal properties of the successive layers. (author)
Abstract (French)
Les tokamaks sont des reacteurs bases sur l'exploitation de l'energie de fusion thermonucleaire avec confinement magnetique du plasma. Dans ces machines, il est indispensable de repartir au mieux les interactions entre le plasma et les parois. En effet, elles conduisent a des depots de flux pouvant atteindre 20MW/m2 sur les composants face au plasma (CFP). Ces CFP specialement concus pour evacuer de fortes puissances ont une limite en flux a partir de laquelle le risque d'endommagement irreversible devient non negligeable. Dans le cadre de la surveillance des CFP, on souhaite mettre au point une methode de calcul rapide permettant de traiter les temperatures IR et de les transformer en flux. Cependant, l'interaction entre le plasma et les CFP entraine l'erosion du carbone dans certaines zones et la re-deposition dans d'autres zones ce qui a pour consequence la formation de depots a l'epaisseur et aux proprietes thermiques inconnues rendant difficile l'estimation du flux. Du fait de leur faible inertie thermique et d'un mauvais contact entre le depot et le substrat, les temperatures IR mesurees sont souvent plus elevees sur les zones avec depots que sur les zones sans depots pour des flux incidents equivalents. Compte tenu de la complexite du modele, la seule mesure IR ne permet pas de deduire a la fois les flux, les proprietes thermiques, l'epaisseur des depots et la resistance de contact entre le depot et le substrat. Pour resoudre ce probleme on envisage l'utilisation de techniques inverses pour estimer le flux a partir de mesures de thermocouples et l'estimation des parametres lies aux proprietes thermiques en utilisant une experience de type impulsionnelle face avantFiles
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Additional details
Additional titles
- Original title (French)
- Analyse par thermographie infrarouge de la puissance deposee sur des surfaces recouvertes de carbone dans les tokamaks
Identifiers
Publishing Information
- Imprint Pagination
- 190 p.
- Report number
- FRCEA-TH--8733
INIS
- Country of Publication
- France
- Country of Input or Organization
- France
- INIS RN
- 48072189
- Subject category
- S70: PLASMA PHYSICS AND FUSION TECHNOLOGY;
- Resource subtype / Literary indicator
- Thesis
- Descriptors DEI
- INFRARED THERMOGRAPHY; MAGNETIC CONFINEMENT; PLASMA; THERMONUCLEAR REACTIONS; WALL EFFECTS
- Descriptors DEC
- CONFINEMENT; MEASURING METHODS; NUCLEAR REACTIONS; NUCLEOSYNTHESIS; PLASMA CONFINEMENT; SYNTHESIS; THERMOGRAPHY
Optional Information
- Notes
- 128 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the 'INIS contacts' section of the INIS-NKM website for current contact and E-mail addresses: http://www.iaea.org/inis/Contacts/; Also available from Bibliotheques Universitaires, Jardin du Pharo, 58 Boulevard Charles Livon, 13284 Marseille (France)