定常核融合炉における燃料供給シナリオの最適化と粒子バランスの考察

Study of optimized fuelling scenario and particle balance in a steady-state fusion reactor

竹永 秀信; 川島 寿人; 飛田 健次; 市毛 尚志; 三代 康彦; 西山 友和

Takenaga, Hidenobu; Kawashima, Hisato; Tobita, Kenji; Ichige, Hisashi; Miyo, Yasuhiko; Nishiyama, Tomokazu

定常核融合炉での効率的な燃料供給シナリオを確立するために、SlimCS設計パラメータ(2.95GW出力)を用いて考察した粒子バランスについて報告する。トリチウムは少ない供給量で高い密度を維持するために主プラズマへ供給し、重水素は高密度とダイバータでの高リサイクリングを維持するために主プラズマ及び周辺プラズマへ供給することを想定する。主プラズマ供給粒子の閉じ込め時間を2 s、周辺プラズマ供給粒子の閉じ込め時間を2 ms、ダイバータでの排気効率を3%と仮定した場合の粒子バランスについて考察した。トリチウムに関しては、主プラズマへの供給率が2.510/sの場合に定格出力に必要なトリチウム密度が維持される。重水素に関しては、主プラズマでの重水素密度を維持するための主プラズマへの供給率1.410/sと、高リサイクリングを維持するための周辺プラズマへの供給率3.610/sが必要である。結果として、重水素の総供給率はトリチウムの供給率より1桁以上大きくなっている。講演では、粒子閉じ込め時間を変化させた場合の供給量の変化を議論するとともに、トリチウムリテンションの許容値について考察する。さらに、高効率・高信頼性の粒子供給装置システムの確立を目指したペレット入射装置及びガスジェット装置の開発について報告する。

A fuelling scenario in a fusion reactor has been investigated, where tritium is fuelled in the main plasma and deuterium is fuelled in both the main plasma and the edge plasma. The tritium fuelling in the main plasma minimizes the tritium fuelling rate necessary for sustaining the high tritium density in the main plasma. The deuterium fuelling in the main plasma sustains the high deuterium density in the main plasma and the deuterium fuelling in the edge plasma enhances the deuterium recycling level for reducing the divertor temperature. Based on this scenario, particle balance was quantitatively investigated using the SlimCS design parameters at 2.95 GW fusion output. The fuelling rates in the main plasma were evaluated to be 2.510/s for tritium and 1.410/s for deuterium when the confinement times for the particles fuelled in the main and edge plasmas were assumed to be 2 s and 2 ms, respectively, and the divertor pumping rate was assumed to be 3% of the particle flux to the divertor plates. For enhancement of the recycling level, the additional deuterium fuelling in the edge plasma of 3.610/s was required in this case. Dependence of fuelling rates on particle confinement times and acceptable tritium retention will be reported together with development of new fuelling systems.