Comparison of coolant conditions in the blanket for a water-cooled DEMO reactor SlimCS

原型炉SlimCSでの水冷却ブランケットにおける冷却材条件の比較検討

染谷 洋二; 飛田 健次; 宇藤 裕康; 高瀬 治彦; Liu, C.; 朝倉 伸幸

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

原型炉SlimCSのために、新たなブランケット概念として、トリチウム増殖材(LiSiO or LiO)と中性子増倍材(BeTi)を混合させた概念を提案している。この概念の冷却材条件は亜臨界条件(23MPa)を採用しており、ブランケットでの冷却材入口及び出口温度は290Cと360Cである。1次元コードANIHEATを用いて解析した結果、LiO及びBeTiとの混合ブランケットにおいて、ブランケット厚さが0.48mのときに目標の正味トリチウム生成率(1.05)を確保できることがわかった。しかしながら、亜臨界条件での冷却材と構造材であるF82Hとの共存性に懸念がある。そこで、われわれは軽水炉(PWR)において実績豊富な加圧水条件(15.5MPa)を採用し、ブランケット設計を行った。冷却材の入口及び出口温度は290Cと330Cとした。加圧水条件にすることによりブランケットでの冷却材温度差は亜臨界条件よりも30C低下することからブランケット内部の冷却配管距離を短くする必要がある。本研究では、加圧水条件での混合増殖材ブランケットを提案するとともに亜臨界条件の場合と比較検討を行う。

Conceptual design of an alternative tritium-breeding blanket for SlimCS has been studied. The proposed blanket concept is that LiSiO pebbles or LiO pebbles for the tritium breeding and BeTi pebbles for the neutron multiplication are mixed and these pebbles are filled in the blanket. The coolant condition was selected to be sub-critical water, whose temperature difference between inlet and outlet were 290C and 360C, respectively, and pressure was 23 MPa. When LiO pebbles were mixed with BeTi pebbles, higher TBR was obtained, being greater than 1.05 for the blanket with the thickness of 0.48 m. However, the compatibility of the blanket structural material (F82H) with the sub-critical water is a concern. As the second step, therefore, we replaced the condition by the PWR water condition of 15.5 MPa and 290-330C to improve the compatibility with F82H. In addition, the PWR water has an advantage that matured technologies in nuclear power plants will be likely to reduce development risks in fusion plant engineering. Therefore, consideration of coolant plumbing was decreased from all length in blanket. On the other hand, use of the PWR water to the blanket requires a reduction of coolant plumbing length to meet the temperature range. The proposed blanket was assessed with an ANIHEAT code, and the two cases of coolant conditions were compared.