液态金属对快速变化外加磁场响应的探索性研究

未来的磁约束核聚变反应堆中预计会出现瞬态等离子体事件，如等离子体破裂。这些事件伴随着由等离子体电流产生的磁场的快速变化，并因此在反应堆结构内感应出强涡流和洛伦兹力。这项工作针对反应堆增殖包层中的液态金属组件内的过程。我们进行了量级分析和探索性数值模拟，以理解液态金属对快速变化磁场的响应，并评估常用简化模型假设的准确性。研究发现，该响应由两个阶段组成：一个初始的短暂阶段（约1毫秒），其特征是感应电流、力和流体速度的快速增加；以及一个后续阶段，该阶段由金属速度的增长触发，并以洛伦兹力的反转、感应场振幅的振荡和衰减为标志。向第二阶段的转变设定了速度的上限（在我们的测试中约为0.5米/秒），一个初始静止的金属在事件期间可被加速到此上限。模拟表明，许多广泛使用的模型假设，如焦耳耗散在热平衡中的作用可忽略不计以及物理性质系数的恒定性，在响应过程中仍然有效。然而，由于压力波的潜在显著影响，液态金属不可压缩的假设被发现是值得怀疑的。