Possibility of tritium self-sufficiency in low aspect ratio tokamak reactor with the outboard blanket only

低アスペクト比トカマク炉におけるアウトボード側ブランケットのみを用いたトリチウム増殖の可能性

林 孝夫; 飛田 健次; 西尾 敏; 佐藤 聡; 西谷 健夫; 山内 通則

Hayashi, Takao; Tobita, Kenji; Nishio, Satoshi; Sato, Satoshi; Nishitani, Takeo; Yamauchi, Michinori

低アスペクト比トカマク炉において強磁場中のインボード側の構造を簡素化するために、アウトボード側のみのブランケットを用いたトリチウム増殖の可能性を検討した。インボード反射材として中性子増倍材である鉛やベリリウムを用いることによりアウトボードブランケットのトリチウム増殖比(TBR)が増加した。プラズマ対向壁に対する増殖材料の割合を0.78とすると、局所的なTBRは1.35より大きい必要がある。鉛のインボード反射材とアウトボードブランケットの組合せでは、アスペクト比が2.9より小さいときに局所TBRが1.35を上回った。この結果は低アスペクト比トカマク炉においては、アウトボード側ブランケットのみで核融合炉の運転継続に必要なトリチウムの増殖ができる可能性を示している。一方インボード及びアウトボードの両方にベリリウム(Be)及び酸化リシウム(LiO)を用いたペブル増殖ブランケットを設置した場合には局所TBRが1.5を超えた。化学的安全性はBeTi及びLiTiOを用いたブランケットの方が優れており、この組合せではアスペクト比が24の間で局所TBRがわずかに1.35を上回った。

We have studied the possibility of tritium self-sufficiency with the outboard blanket only in low aspect ratio tokamak reactor to simplify the inboard structure in high magnetic field. The tritium breeding ratio (TBR) of the outboard blanket increases by applying the inboard reflector working as a neutron multiplier such as lead and beryllium. Assuming that the coverage of the breeder zone to plasma facing components is 0.78, the requirement of local TBR is above 1.35. The local TBR calculated with both the inboard reflector of lead and the outboard blanket using beryllium multiplier and LiO breeder is larger than 1.35 for aspect ratios smaller than 2.9. These results indicate there is a solution for tritium self-sufficiency using the outboard breeding blanket only in low-A tokamak reactor when the appropriate inboard reflector and outboard blanket are adopted. In case both inboard and outboard blankets are applied, the total TBR with the combination of LiO and Be is more than 1.5. However, BeTi and LiTiO are recommended from the viewpoint of safety, and the TBR with the combination is slightly larger than 1.35 for aspect ratios from 2 to 4.