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Development of reliable diamond window for EC launcher on fusion reactors

核融合炉におけるECランチャー用高信頼性ダイヤモンド窓の開発

高橋 幸司; Illy, S.*; Heidinger, R.*; 春日井 敦; 南 龍太郎; 坂本 慶司; Thumm, M.*; 今井 剛

Takahashi, Koji; Illy, S.*; Heidinger, R.*; Kasugai, Atsushi; Minami, Ryutaro; Sakamoto, Keishi; Thumm, M.*; Imai, Tsuyoshi

核融合炉におけるECランチャー用銅コーティングダイヤモンド窓を開発した。ダイヤモンド窓は周辺冷却で設計するが、そのディスクエッジに銅コーティングを施し、エッジが破損したとしても冷却水が伝送系内に浸透しないという機能を持つ。また、冷却構造を付加するためにディスクエッジにアルミロウ付けでインコネル製筒を接合するが、銅コーティングはそのロウ付け部の腐食防止にも効果的である。この窓の冷却性能を調べるため、170GHz、大電力伝送実験を行った。高周波パワーは55kW、パルス幅は3.0秒である。この時の温度上昇は45度程度となり、tan$$delta$$=4.4$$times$$10$$^{-4}$$,熱伝導率1.9kW/m/Kでの計算結果とよく一致する。実験で使用したダイヤモンドは誘電損が通常より20倍程高く(4.4$$times$$10$$^{-4}$$)、今回の実験で得られた温度上昇(誘電損失)は、実際使用する高品質ダイヤモンドにおける1MW伝送と同レベルである。本実験結果から、銅コーティングは冷却性能を阻害しないことを実証した。また、窓エッジ破損によるトラブルも回避できるという観点から、銅コーティングによりダイヤモンド窓の信頼性が向上したと言える。

A new diamond window with the copper-coated edge for an EC launcher is developed. The diamond window is designed to cool its disk edge. Since Cu is coated at the entire edge, ingress of cooling water into a transmission line in case of failure on the edge is negligible. In addition, corrosion of Al blaze between the edge and the Inconel cuffs can be avoided. A 170GHz, RF transmission experiment equivalent to a MW-level transmission was carried out to investigate the capability of the edge cooling. The transmission power and pulse are 55kW and 3sec, respectively. Temperature increase was 45$$^{circ}$$C and alomost became constant. Thermal calculation with tan$$delta$$ of 4.4$$times$$10$$^{-4}$$ and thermal conductivity of 1.9kW/m/K agrees with the experiment. Since tan$$delta$$ of the diamond is much higher than the actual one (tan$$delta$$=2$$times$$10$$^{-5}$$), the temperature increase corresponds to that of 1MW transmission. It concludes that the Cu coating dose not degrade the edge cooling capability and improves the reliability of the diamond window.

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パーセンタイル:30.6

分野:Nuclear Science & Technology

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