用于聚变反应堆的复合低温泵

我们重新审视一个旧构想：一种用于 DEMO 等聚变反应堆的三级复合低温泵。氦“灰”被吸附在 4.5 K 的涂炭表面上，而氘和氚则被吸附在第二个涂炭表面的 15-22 K 温度下。通过将第一个表面升温至约 30 K 来释放氦。在单独的再生步骤中，氘和氚在约 110 K 下被释放。通过这种方式，氦可以预先与其他物种分离。在最简单的设计中，所有三个级位于同一容器内，仅用一个阀门在再生期间将泵与托卡马克装置隔离。在另一种设计中，三个级位于由阀门连接的独立容器中，允许各级再生而不相互干扰。中间级的加入不会显著影响整体抽速。下游废气处理系统可以缩小规模，因为大部分氘和氚可以直接返回反应堆。这可将所需的氚储备减少近 90%。我们使用了一款成熟的免费直接模拟蒙特卡洛 (DSMC) 代码 DS2V。在极高的上游密度（~$10^{20}$ molecules/m$^3$ 及以上）下，流入泵的气流会发生壅塞。扩大孔径是在高密度下提高抽速的唯一途径。90% 的氘和氚在 15 K 下被成功捕获（假设在 15-22 K 表面上的粘附系数为 80-100%）。另一方面，剩余的 10% 仍然超过气体输入中少量的氦。