Blanket concept of water-cooled lithium lead with beryllium for the SlimCS fusion DEMO reactor

原型炉SlimCSのためのベリリウムを用いた水冷却リチウム鉛ブランケットの概念設計

宇藤 裕康; 飛田 健次; 染谷 洋二; 高瀬 治彦; 朝倉 伸幸

Uto, Hiroyasu; Tobita, Kenji; Someya, Yoji; Takase, Haruhiko; Asakura, Nobuyuki

原型炉SlimCSの先進ブランケットの概念案の一つとして、リチウム鉛(LiPb)-水冷却ブランケットの概念設計を行った。LiPbに代表される液体増殖材は、現在日本で検討が進んでいる固体増殖材と比較して、リチウム燃焼によるTBR低下がなく、再利用により大幅に放射性廃棄棄物を低減できる利点を持つ。本研究では、SlimCSのようなコンパクトな炉の限られたブランケット領域でも十分なTBRを確保するため、付加的な中性子増倍材としてベリリウム(Be)ペブルを使用した概念を提案する。Beの使用上限温度を満たすため、管内にBeペブルと冷却管配置した二重管構造を採用した。LiPbはトリチウム回収のために、非常にゆっくりと循環させ、SiC/SiC管で覆われた冷却管によって冷却される。本概念では、中性子壁負荷5MW/mの条件で固体増殖-水冷却ブランケットに近いTBRが得られた。本発表では、液体増殖ブランケット概念の詳細と工学的な課題について示す。

In this study, as an advanced option for SlimCS blanket, conceptual design study of water-cooled lithium lead (WCLL) blanket was performed. Compared with solid breeder, liquid lithium-lead (LiPb) breeder seems to have advantages of the sustainment of a design value of TBR independent of lithium burn-up and of a reduction of radioactive waste. However, in SlimCS, the net TBR supplied from WCLL blanket is not enough because the thickness of blanket in SlimCS is limited to 45 cm by conducting shell position for high beta access. Therefore, the beryllium (Be) pebble bed was adopted as additional multiplier. Considering of temperature of blanket materials, a double pipe structure was adopted. The Be pebble was separated by SiC/SiC composite tube, and was cooled by coolant on center. The local TBR of WCLL with Be blanket was similar to that of solid breeder blanket on the neutron wall load Pn = 5 MW/m. Several concepts on WCLL blanket and their engineering problems are presented.