フェライト磁場計算コードFEMAGの開発

Development of FEMAG; Calculation code of magnetic field generated by ferritic plates in the tokamak devices

浦田 一宏*

Urata, Kazuhiro*

将来の核融合装置の設計において、低放射化フェライト鋼をプラズマ対向材料、及びリップル低減デバイスとして使用することを計画している場合、プラズマに対する誤差磁場評価、及びリップル低減検討を行うために、フェライト磁場の計算が必要となる。しかし、フェライト鋼磁気特性(B-Hカーブ)の非線形性から収束計算が不可欠となるため、設計ツールとして要求される計算の高速実行は難しくなる。トカマク装置の特徴である強いトロイダル磁場中ではフェライトが磁気飽和することから、磁場源である磁荷分布を一意的に決定することができる。さらに実際に使用するフェライト板形状は薄板に限られ、またその薄板の配置がトロイダル磁場に沿うことからも、計算の高速化を図ることが可能となる。以上のようなトカマク装置特有の状況を活用することにより、高速なフェライト磁場計算コード「FEMAG」を開発した。本報告書は、「FEMAG」コードの定式化,「FEMAG」コードの使用法、及び「FEMAG」コードの妥当性検討(3次元有限要素法コードとの比較、及びJFT-2M装置における磁場実測値との比較による)を詳述したものである。計算実行例として、現在原研で計画を進めているJT-60改修装置設計における各種検討結果を示した。

In design of the fusion devises in which ferritic steel is planned to use as the plasma facing material and/or the inserts for ripple reduction, the appreciation of the error field effect and the optimization of ferritic plate arrangement to reduce the toroidal field ripple require calculation of ferritic magnetic field. However iterative calculations by the non-linearity in B-H curve disturbs high-speed calculation. In the strong toroidal magnetic field in the tokamak, fully magnetic saturation of ferritic steel occurs. Hence a distribution of magnetic charges as magnetic field source is determined straightforward. Additionally objective ferritic steel geometry is limited to the thin plate and they are installed along the toroidal magnetic field. Taking them into account, high-speed calculation code FEMAG has been developed. In this report, the formalization of FEMAG, how to use FEMAG, and the validity check in comparison with a 3D FEM code, with the measurements of the magnetic field in JFT-2M are described. The presented examples are design studies for JT-60 modification.