Liquid lithium target under steady state ultra high heat load of 1 GW/m range for International Fusion Materials Irradiation Facility (IFMIF)

国際核融合材料照射施設(IFMIF)における1GW/m領域超高熱負荷条件用の液体リチウムターゲット

中村 博雄; 井田 瑞穂*; 中村 秀夫  ; 竹内 浩; IFMIF国際チーム

Nakamura, Hiroo; Ida, Mizuho*; Nakamura, Hideo; Takeuchi, Hiroshi; IFMIF International Team

IFMIFは、核融合材料開発のためのD-Li反応を用いた加速器型中性子源である。リチウム(Li)ターゲットは、ターゲットアセンブリ、Li純化系と種々の計測器から構成される。10MWの重陽子ビームが205cmの面に入射し、1GW/mの超高熱負荷に相当する。このような超高熱負荷を除熱するため、20m/sの高速液体Li流と曲面流れが必要となる。熱流動解析によれば、曲率25cmの曲面壁による160Gの発生遠心力は、IFMIF運転に十分である。模擬水実験を実施し、Li流れの流動特性を確証した。最終的にLi流の性能を確証するために、Liループを計画中である。トリチウムやC, N, O不純物を許容値以下に制御するためのコールドトラップとホットトラップを備えたIFMIFターゲットにおけるこのような技術は、核融合炉の液体プラズマ対向壁と類似性を有している。発表では、IFMIFのLiターゲット技術とプラズマ対向壁への応用について述べる。

IFMIF is an accelerator-based neutron source for development of fusion materials. The Li target system consists of a target assembly, a Li purification system and various diagnostics. An intense deuterium beam power up to 10 MW in a footprint of 205 cm corresponds to ultra high heat flux up to 1 GW/m. To handle such an ultra high heat flux, the high-speed liquid Li flow with a velocity of 20 m/s and a concave flow configuration are necessary. According to thermal-hydraulic analysis, an induced centrifugal force (160 G) under the concave back wall of a radius of 25 cm is sufficient for IFMIF operation. To confirm the hydraulic characteristics of Li flow, water jet experiment has been done. Moreover, validation experiment in Li loop is planned. In addition, to control tritium and impurities such as C, N, O below permissible levels, a cold trap and two hot traps are used. These technologies have similarities in plasma facing components in fusion reactor. In presentation, the IFMIF Li target technology and its application of to the plasma facing component will be discussed.