JT-60SA用超伝導コイルの発熱と冷却の最適化

Heat generation and cooling optimization of the superconducting coils for JT-60SA

神谷 宏治; 村上 陽之; 木津 要; 市毛 寿一; 吉田 清

Kamiya, Koji; Murakami, Haruyuki; Kizu, Kaname; Ichige, Toshikatsu; Yoshida, Kiyoshi

JT-60SAはJT-60Uを完全超伝導化する。ヘリウム冷凍機は4.4K, 0.6MPaの超臨界ヘリウムを一定の質量流量で循環させることにより超伝導コイルを冷却する。ヘリウム冷凍機の冷凍能力は超伝導コイルの熱負荷により決定するため、超伝導コイルの温度マージンを確保しつつ、超伝導コイルの発熱と冷媒流量を見積ることは重要である。本論文では、超伝導コイルの温度マージンと冷媒流量の関係を明らかにし、冷媒流量の低減を検討した。そして、最適化された質量流量を超臨界ヘリウム循環ループに適用して全圧力損失を求め、ヘリウム循環ポンプの熱負荷を最小にすることができた。

JT-60SA project replaces the JT-60U tokamak with a full superconducting tokamak. The helium refrigerator cools the superconducting coils by circulating 4.4 K, 0.6 MPa supercritical helium in the circulation loop at certain mass flow rate. Since the cooling power of the helium refrigerator is determined by the heat load of the superconducting coils, estimation of the heat generation and required mass flow rate to acquire sufficient temperature margin is of crucial importance. In this paper, optimizing the mass flow rate in the superconducting coils was attempted to satisfy 1 K temperature margin. Then, it is shown that the consequent maximum pressure drop in the circulation loop is 81 kPa to result in minimizing the heat load of the supercritical helium circulation pump.