实验研究新型含预填充微结构的液体金属等离子体面部组件

在核聚变中，液体金属PFC（等离子体面部组件）具有稳定自由表面流动，被视为具有前景的替代方案。然而，由于液体金属对大多数固体基底的润湿性差以及复杂的磁流体动力学（MHD），实现在PFC表面稳定的自由表面流动具有挑战性。本研究采用3D打印技术，开发了一种 novel 液体金属PFC表面，称为MIcrostructures pre-FIlled by Liquid Metal (MIFILM)，以实现稳定的液体金属表面流动。实验结果表明，由于MIFILM的存在，液体金属的有效接触角（ACA）从140$^{\circ}$降至约20$^{\circ}$，表明其从疏水性转化为亲水性。当液体金属在MIFILM基底上流动时，发现液体金属可在低流速下完全覆盖表面，形成稳定且有序的自由表面。此外，在强横向磁场（最高达1.6 T）下，液体金属仍能在MIFILM基底上表现出持续的扩散特性。结果表明，磁场不仅产生有限的MHD阻力，还通过二维效应加速了流动。当Stuart数 $N<1$时，流动加速且薄膜厚度减小；当 $N>1$时，流速和薄膜厚度逐渐稳定。因此，本 novel MIFILM为核聚变中液体金属PFC基底提供了良好的选择。