Development of ITER divertor vertical target with annular flow concept, 2; Development of brazing technique for CFC/CuCrZr joint and heating test of large-scale mock-up

同軸管を用いたITER垂直ターゲットの開発,2; CFC/CuCrZr接合技術開発と大型試験体の加熱試験

江里 幸一郎; 大楽 正幸; 谷口 正樹; 佐藤 和義; 鈴木 哲; 秋場 真人; Ibbott, C.*; Tivey, R.*

Ezato, Koichiro; Dairaku, Masayuki; Taniguchi, Masaki; Sato, Kazuyoshi; Suzuki, Satoshi; Akiba, Masato; Ibbott, C.*; Tivey, R.*

同軸冷却管を用いたITER用ダイバータ高熱流束機器の製作性実証及び繰り返し加熱時の耐久性実証を目的とした、大型ダイバータ試験体の製作及びイオンビームによる加熱実験の結果について報告する。同軸冷却管は銅合金(CuCrZr)製外管と外表面にねじりフィンを取り付けたステンレス製内管の2本の同心円管から構成される。試験体は炭素系複合材料(CFC)製アーマを冷却管にロウ付けした、垂直ターゲットと呼ばれるものである。冷却管材料であるCuCrZrは析出硬化型合金であるため、ロウ付け時の熱処理によりその強度が大きく異なる。そのため、CuCrZrの強度回復を兼ねたCFC材料とのロウ付け熱処理工程及びロウ材の選定試験を行い、大型試験体を製作した。また、本試験体で採用したアーマ部とバックプレート部摺動機構による冷却管に生じる熱応力の緩和効果を熱・機械解析を用いて検討した結果、摺動機構無の場合と比較して、冷却管に生じる応力振幅・ひずみ振幅は、ともに70%程度に低減していることを示した。本試験体がITERダイバータ熱負荷条件に相当する20MW/m,1000サイクル以上、15MW/m,3000サイクル以上に耐えることを示す加熱試験結果を報告する。この成果はダイバータ製作の技術的可能性を示すものである。

The first fabrication and heating test of a large-scale CFC monoblock divertor mock-up using annular flow concept have been performed to demonstrate its manufacturability and thermo-mechanical performance. Prior to the fabrication of the mock-up, brazed joint tests between the CFC monoblock and the CuCrZr tube have been carried out to find the suitable heat treatment mitigating loss of the high mechanical strength of the CuCrZr material. Basic mechanical examination on CuCrZr undergoing the brazing heat treatment and FEM analyses are also performed to support the design of the mock-up. High heat flux tests on the large-scale divertor mock-up have been performed in an ion beam facility. The mock-up has successfully withstood more than 1,000 thermal cycles of for 15 s and 3,000 cycles more than for 15 s, which simulates the heat load condition of the ITER divertor. No degradation of the thermal performance of the mock-up has been observed throughout the thermal cycle test.