Design study of superconducting coils for the fusion DEMO plant at JAERI

発電実証プラント用超伝導コイルの設計検討

礒野 高明; 小泉 徳潔; 奥野 清; 栗原 良一; 西尾 敏; 飛田 健次

Isono, Takaaki; Koizumi, Norikiyo; Okuno, Kiyoshi; Kurihara, Ryoichi; Nishio, Satoshi; Tobita, Kenji

ITER工学設計活動において13Tを発生できる大型超伝導コイルが開発された。しかし、より経済競争力を持つ核融合発電システムを実現するためには、より高磁場が要求されている。原研で概念検討が行われている発電実証プラントには、大きさはITERと変わらないが、16から20Tの磁場を発生できるトロイダル磁場(TF)コイルが要求されている。この磁場を実現させるには、先進的超伝導材料であるNbAlや高温超伝導材(HTS)を使用することが考えられている。HTSについては、4K, 20Tにおいて十分な性能があり、銀シース型Bi-2212を用いた強制冷凍導体を提案し、必要な構成比を算出した。しかし、酸素中における精度の高い熱処理方法など、技術的な課題は多い。一方、NbAlについては、大型コイルは原研において開発されており、16Tを発生させる技術は開発されている。さらに、巻線部をグレーディングすることで、17Tの発生可能性を検討した。

In order to realize an economically competitive power generation system, generation of a higher field is required. Toroidal Field (TF) coils of fusion DEMO plant at JAERI are required to generate magnetic field of 16 to 20 T. To realize this high field, advanced superconducting materials, such as NbAl and high temperature superconductor (HTS), are considered. HTS has enough performance in a 20-T field at 4 K, and a forced-cooled type HTS conductor using a silver alloy sheathed Bi-2212 round wire has been proposed. Required areas of superconductor, structure, stabilizer, coolant and insulator in the cross section of coil winding have been calculated. However, there are many technical issues to be solved, such as accurate temperature control during heat treatment in an atmosphere of oxygen. On the other hand, a large coil using NbAl has been developed by JAERI, and major technology to fabricate a 16-T NbAl coil was developed. Validity and issues of grading the winding area are discussed, and there is a possibility to increase a field up to around 17 T using the method.