Simplification of blanket system for SlimCS fusion DEMO reactor

原型炉SlimCSにおけるブランケット構造の簡素化

染谷 洋二; 高瀬 治彦; 宇藤 裕康; 飛田 健次; Liu, C.; 朝倉 伸幸

Someya, Yoji; Takase, Haruhiko; Uto, Hiroyasu; Tobita, Kenji; Liu, C.; Asakura, Nobuyuki

核融合出力2.95GWのSlimCSはセンターソレノイドコイルを小型化したアスペクト比が2.6で主半径が5.5mの原型炉概念である。プラズマのMHD安定性を確保するための導体シェルを備える必要があるが、その導体シェルを設置するためにブランケットを2分割し、交換型(プラズマ対向領域),固定型(遮蔽用)に分けている。特に交換型ブランケットは、なるべく径方向の厚さが薄いブランケットが要求され、他方高いトリチウム増殖比(TBR)を確保するためにF82Hで覆ったBe板を配置する構造となっている。しかしながらこれは構造が複雑であることから簡素化されたブランケット構造が要求されていた。そこで固体中性子増倍材と固体トリチウム増殖材の混合したペブルを充填しただけのブランケット構造を考案し、核熱解析を行った。解析の結果、目標のTBR(1.05)を確保しつつ、最もブランケット厚さを薄くできるのは、トリチウム増殖材がLiOの場合で、この時のブランケット厚さが48cm以内で設計が可能であり、また混合ブランケットはプラズマ対向領域に溶接個所を必要としないことから、原型炉において有効なブランケット構造といえる。

Conceptual design of a tritium-breeding blanket for SlimCS has been studied. The blanket structure with neutron multiplier Be-plate was designed to be as thin as possible with keeping high Tritium Breeding Ratio (TBR). However, a structure of the blanket is complexity and the manufacture of the blanket is difficult from the viewpoint of engineering. Therefore, simplification of blanket structure is necessary for SlimCS. In this paper, we propose a simple blanket structure without decreasing the net TBR below 1.05. The proposed blanket structure is mixed LiSiO pebbles or LiO pebbles for the tritium breeding and BeTi pebbles for the neutron multiplication and these pebbles are filled in the blanket. ANIHEAT code with the nuclear data library FENDL-2.0 was used for the calculations of the neutronics and thermal analyses. As a result, it is shown that LiO pebbles blanket mixed with BeTi pebbles is the most effective and the TBR is greater than 1.05.