Selective electromagnetic induction heating of metal particles in molten salt for tritium extraction: A systematic numerical investigation
Selective electromagnetic induction heating of metal particles in molten salt for tritium extraction: A systematic numerical investigation
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熔盐中金属颗粒的选择性电磁感应加热用于氚提取：系统的数值研究
DOI：
10.1016/j.fusengdes.2020.112177
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发表时间：
2021
影响因子：
1.7
通讯作者：
Katsuaki Tanabe
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Wang Qing;Yu Liang;Nagasawa Hiroki;Kanezashi Masakoto;Tsuru Toshinori;Katsuaki Tanabe
具有吸氚金属颗粒的熔盐包层是核聚变反应堆中很有前途的新兴技术部件。在这项研究中，我们开发了一个数值模型，并进行了系统的分析的金属颗粒（钛，钯，镁，锆，和V）在熔盐提取氚的电磁感应加热。结果表明，金属粒子的最大吸收功率可以归一化为一种形式，与金属和盐的物质组合无关，其峰值功率密度为5.3 × 106 W·m ~（-3）T ~（-2）s。然而，金属颗粒和熔融盐之间的稳态温度差，选择性电磁加热方案的品质因数，被发现与金属颗粒尺寸单调增加，与吸收功率密度的行为相反，从而鼓励使用较大的金属颗粒。在2.45 GHz和1 mT的磁场中，对于1 mm的颗粒直径，Ti颗粒和FLiBe覆盖层之间可达到的温差估计为110 °C，并且在该条件下，它与直径、频率的平方根和磁通量密度的平方成比例地增加。
Molten-salt blankets that possess tritium-absorbing metal particles are promising emerging technical components in nuclear fusion reactors. In this study, we develop a numerical model and carry out a systematic analysis of the electromagnetic induction heating of metal particles (Ti, Pd, Mg, Zr, and V) in the molten salt for the extraction of tritium. We show that the maximum absorption power in the metal particles can be normalized in a form independent of the material combination of nonmagnetic metals and salts, and the peak power density per square of magnetic flux density per field frequency is 5.3 × 106W m–3T–2s. Nevertheless, the steady-state temperature difference between the metal particles and the molten salt, a figure of merit of the selective electromagnetic heating scheme, is found to monotonically increase with the metal particle size, in contrast to the behavior of the absorbed power density, thus encouraging the use of larger metal particles. The attainable temperature difference between the Ti particles and the FLiBe blanket is estimated to be 110 °C for a particle diameter of 1 mm in a 2.45 GHz and 1 mT magnetic field, and it increases proportionally with the diameter, square root of frequency, and square of magnetic flux density around this condition.
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