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Conceptual design and related R&D on ITER mechanical based primary pumping system

ITER機械式真空ポンプシステムの概念設計と関連技術開発

丹澤 貞光; 廣木 成治; 阿部 哲也; 清水 克祐*; 井上 雅彦*; 渡辺 光徳*; 井口 昌司*; 杉本 朋子*; 猪原 崇*; 中村 順一*

Tanzawa, Sadamitsu; Hiroki, Seiji; Abe, Tetsuya; Shimizu, Katsusuke*; Inoue, Masahiko*; Watanabe, Mitsunori*; Iguchi, Masashi*; Sugimoto, Tomoko*; Inohara, Takashi*; Nakamura, Junichi*

国際熱核融合実験炉(ITER)の真空排気システムは、DT核融合反応で生じたヘリウム(He)を大量の未反応DT燃料とともにトカマク真空容器外へ排出する役割を担うとともに、大気圧から超高真空までの排気や真空漏洩試験,壁洗浄などにも使う。機械式真空ポンプシステムは、クライオポンプシステムと比較しての長所として連続排気や極低トリチウム滞留量,低運転コストが挙げられる。一方、短所として磁気シールドの必要性や水素(H$$_{2}$$)排気性能の不十分性などが一般に認識されている。ITER条件での機械式ポンプシステムの上記短所を克服するため、ダイバータH$$_{2}$$圧力0.1-10Paで十分な排気性能を有するヘリカル溝真空ポンプ(HGP)ユニットを開発し、その性能試験を行った。そしてその開発・試験を通して、軽元素ガス排気用ヘリカル溝真空ポンプユニットの大型化設計・製作に関する多くのデータベースを取得した。また、同データベースをもとにヘリカル溝真空ポンプユニットを使い、ITER条件に合わせて最適配置した磁気シールド構造を有する機械式真空ポンプシステムの概念設計を行った。さらに、タービン翼とヘリカル翼を組合せた複合分子ポンプユニットを使ったコスト低減化(RC)ITER機械式真空ポンプシステムの概念設計も行った。

The primary vacuum pumping system of the International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) exhausts a helium (He) ash resulting from the DT-burn with excess DT fueling gas, as well as performing a variety of functions such as pump-down, leak testing and wall conditioning. A mechanical based vacuum pumping system has some merits of a continuous pumping, a much lower tritium inventory, a lower operational cost and easy maintenance, comparing with a cryopump system, although demerits of an indispensable magnetic shield and insufficient performance for hydrogen (H$$_{2}$$) pumping are well recognized. To overcome the demerits, we newly fabricated and tested a helical grooved pump (HGP) unit suitable for H$$_{2}$$ pumping at the ITER divertor pressure of 0.1-10 Pa. Through this R&D, we successfully established many design and manufacturing databases of large HGP units for the lightweight gas pumping. Based on the databases, we conceptually designed the ITER vacuum pumping system mainly comprising the HGP with an optimal pump unit layout and a magnetic shield. We also designed conceptually the reduced cost (RC)-ITER pumping system, where a compound molecular pump combining turbine bladed rotors and helical grooved ones was mainly used. The ITER mechanical based primary pumping system proposed has eventually been a back-up solution, whereas a cryopump based one was formally selected to the ITER for construction.

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