Optimization study on the normal conducting center post for the low aspect ratio tokamak reactor

低アスペクト比トカマク炉の常伝導トロイダル磁場コイル中心ポストの最適化研究

Song, Y.*; 西尾 敏

Song, Y.*; Nishio, Satoshi

中心ソレノイドコイルのないトカマク炉の常伝導トロイダル磁場コイルの許容電流密度を合理的に増加させる新方式について論じたものである。最重要課題は電磁力である。トロイダルコイルのクリティカルな部位はトーラス中心領域の直線部である。これは、この部位が強磁場環境に置かれることと空間的に制約され支持部材の導入が困難なためである。全トロイダルコイルでこの部位は一本の柱状をなし中心ポストと呼ばれ、ここでの荷重形態は中心力によるピンチ力とフープ力による引っ張り力である。この両荷重形態は相乗して応力強さを増加させることになり、コイル許容電流が著しく制限される。応力強さを軽減する目的で中心柱に上下方向からフープ力を相殺する以上の圧縮荷重を加える。この場合、圧縮荷重は座屈によって制限されるとした。この圧縮荷重を最適化することで電磁力の観点からコイル許容電流を2倍以上増加できることを明らかにした。また中心ポストの幾何形状によってはジュール発熱の除熱性能が許容電流密度を決定する。この場合でも従来比で6割程度の電流密度の増加が見込めることを明らかにした。

This paper presents detailed optimization results and design windows for the engineering design of normal conducting (NC) center post based on the analysis of thermal-hydraulic, static stress and critical buckling. At the same time a method to reduce the stress in the center post have been proposed, which can be applied to enhance the possibility of normal conducting center post in the future power plants. When the method of improvement for reducing the stress is applied in the system of the center post, the maximum magnet field can be improved from 8.6T to 15T.