High heat load test of CFC divertor target plate with screw tube for JT-60 superconducting modification

スクリュウ管を用いたJT-60SCダイバータ板の高熱負荷試験

正木 圭; 谷口 正樹; 三代 康彦; 櫻井 真治; 佐藤 和義; 江里 幸一郎; 玉井 広史 ; 逆井 章; 松川 誠; 石田 真一; 宮 直之

Masaki, Kei; Taniguchi, Masaki; Miyo, Yasuhiko; Sakurai, Shinji; Sato, Kazuyoshi; Ezato, Koichiro; Tamai, Hiroshi; Sakasai, Akira; Matsukawa, Makoto; Ishida, Shinichi; Miya, Naoyuki

日本原子力研究所では、JT-60改修計画として、臨界プラズマ条件クラスのプラズマを電流拡散時間よりも十分長く維持することが可能な超伝導トカマク装置を検討している。この改修装置のダイバータターゲット開発のため、高い熱除去効率が期待されるスクリュウ管を採用した直接冷却ダイバータターゲットの試験体を製作し、耐熱試験及び熱伝達特性の評価を行った。試験体構造は、直接M10ネジ穴(スクリュウ構造)を加工したCu-Cr-Zrのヒートシンクに無酸素銅(OFHC)間挿材を挟み、CFCタイルと一体で銀ロウ付けしたものである。熱負荷試験条件は、1MW/m~13MW/mで、それぞれ30秒間入射を行った。また、冷却水の流速は、4m/s(0.93MPa),5.6m/s(0.88MPa),8m/s(0.74MPa)と変化させた。試験体に取り付けた熱電対の温度とFEMの解析結果とを比較することにより、スクリュウ管の熱伝達係数を評価した。解析に用いた熱伝達係数は、評価式の確立した平滑管の2倍,3倍,4倍とした。その結果、上記3つの冷却条件において、スクリュウ管の熱伝達係数は、平滑管の約3倍となることがわかった。これは、スクリュウ管の1.5倍に相当する。熱サイクル試験では、10MW/m15秒,1400回の照射においても熱電対の温度変化に異常は見られず、ロウ付け部の損傷もなかった。

A flat carbon fiber composite tile mock-up with screw tubes, which have helical fins like a nut, was fabricated aiming at further improvement of the heat removal performance of the cost-effectively manufactured divertor target for JT-60SC (modified JT-60 as a superconducting coil tokamak). The heat removal performance of the mock-up was successfully demonstrated on the JAERI Electron Beam Irradiation Stand. The estimated heat transfer coefficient of the screw tube at the non-boiling region was roughly 3 times higher than that of the smooth tube. This corresponds to 1.5 times that of the swirl tube. A heat cycle test of 10 MW/m2 showed that the mock-up with the screw tubes could withstand for 1400 cycles. These results indicate that the divertor target plate with the flat carbon fiber composite tile and the screw tube can be a promising candidate for the JT-60SC divertor target.