Study of fueling scenario and particle balance in a fusion reactor

核融合炉での燃料供給シナリオと粒子バランスの研究

竹永 秀信; 川島 寿人; 西尾 敏; 飛田 健次

Takenaga, Hidenobu; Kawashima, Hisato; Nishio, Satoshi; Tobita, Kenji

定常核融合炉での効率的な燃料供給シナリオについて、SlimCS設計パラメータ(2.95GW出力)を用いて考察した。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。主プラズマ供給粒子の閉じ込め時間を2s,周辺プラズマ供給粒子の閉じ込め時間を2ms,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。さらに、粒子閉じ込め時間を変化させた場合の供給量の変化を明らかにするとともに、トリチウムリテンションの許容値について考察した。

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, resulting in the minimum tritium recycling level at the fixed pumping fraction. 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 with consideration of confinement times separately defined for the particles fuelled in the main plasma and the edge plasma.