Thermal properties of redeposition layers in the JT-60U divertor region

JT-60Uダイバータ領域における再堆積層の熱物性

石本 祐樹; 後藤 純孝*; 新井 貴; 正木 圭; 宮 直之; 大山 直幸; 朝倉 伸幸

Ishimoto, Yuki; Goto, Yoshitaka*; Arai, Takashi; Masaki, Kei; Miya, Naoyuki; Oyama, Naoyuki; Asakura, Nobuyuki

ELMによる過渡的な熱負荷を評価するため、JT-60UW型ダイバータの内側ターゲットタイル上に形成された再堆積層の熱物性値をレーザーフラッシュ法を用いて初めて測定した。再堆積層の観察は走査電子顕微鏡によって行い、ストライクポイントの頻度が高い位置に200マイクロメートルを超える再堆積層を確認した。この位置より再堆積層のみの試料を取り出し、分析を行った。マイクロバランスを用いて試料の質量を測定し、再堆積層のかさ密度が、タイル基材である炭素繊維材料のおよそ半分であることを明らかにした。室温から1000度の領域では、比熱は参照試料である等方性黒鉛とほぼ同じであるが、熱拡散係数は、炭素繊維材料に比べておよそ2桁小さいことがわかった。測定した熱物性値をELMの熱流負荷解析に適用すると、熱負荷はタイル表面を炭素繊維材料であるとして解析した場合の10分の1程度になると示唆される。これは、赤外カメラの温度上昇から見積もったダイバータへの熱負荷がプラズマ蓄積エネルギーの減少分よりも大きくなっているという矛盾を説明する理由の1つとなることがわかった。また、熱物性値のポロイダル分布や熱負荷の非一様性を考慮する必要があることも明らかになった。

Thermal properties of the redeposition layer on the inner plate of the W-shaped divertor of JT-60U have been measured with laser flash method for the first time so as to estimate transient heat loads onto the divertor. Measurement of a redeposition layer sample of more than 200 m thick showed following results: (1) the bulk density of the redeposition layer is about half of that of carbon fiber composite material; (2) the specific heat of the layer is roughly equal to that of the isotropic graphite; (3) the thermal conductivity of the redeposition layer is two orders of magnitude smaller than that of the carbon fiber composite. The difference between the divertor heat loads and the loss of the plasma stored energy becomes smaller taking account of thermal properties of the redeposition layer on the inner divertor, whereas estimated heat loads due to the ELMs is still larger than the loss. This is probably caused by the poloidal distribution of the thermal properties and heat flux asymmetry inherent in the device.