Superconducting magnet system in a fusion reactor

核融合炉における超伝導マグネットシステム

奥野 清; Shikov, A.*; 小泉 徳潔

Okuno, Kiyoshi; Shikov, A.*; Koizumi, Norikiyo

磁場閉じ込め型核融合炉では、TFコイルが作り出す磁場が高いほど高性能のプラズマが効率的に得られる。このことから、核融合研究は、常に新たな優れた超伝導材料を工業ベースで大型コイルに適用する技術開発の先陣を司ってきた。国際熱核融合実験炉(ITER)では、高性能NbSn超伝導線材の工業的規模での生産を実証するとともに、実規模大のモデル・コイルを製作し、13Tの高磁場で動作する大型超伝導コイルの製作技術を確立した。また、NbSnより高磁場特性が優れたNbAlについても、原研独自の方法で線材の大量生産技術を開発、13Tで動作するコイルを製作し、大型コイルへの適用性を実証した。一方、高温超伝導体については、線材の基礎的な特性評価を進めている。しかしながら、NbAlや高温超伝導体を、核融合炉用としてこれらが本来有する優れた性能を発揮し、高磁場(NbAlで約16T,高温超伝導で20T以上)で使用できるようになるには、大電流化や大型コイル製作のための製造技術,設計手法など、数多くの困難な技術的課題を克服しなければならない。これら核融合炉用超伝導コイル開発における日本とロシアの研究状況について述べる。

A tokamak fusion reactor requires a superconducting magnet system for plasma confinement and control. Higher magnetic field of the toroidal field (TF) coil can offer better performance of the reactor. Therefore, fusion magnet development always drives a new superconductor to be used in a large magnet on an industrial basis. Magnets for the International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) use NbSn in order to generate a peak magnetic field of 13 T. Technologies for NbSn superconductor has made a significant progress through the extensive development in ITER including the manufacture of the full-scale model coils. A next generation superconductor, NbAl, has outstanding features of large critical current density at the high field. High Tc (Critical Temperature) superconductor (HTS) is another candidate, and if it becomes available, a magnetic filed above 20 T can be realized in fusion reactor. However, technical issues have to be solved for the application of these innovate superconducting materials in Fusion Reactor.