中性粒子入射装置

Nuclear fusion reactor

井上 多加志

Inoue, Takashi

本稿は、トカマク型核融合原型炉を構想することを目的とした教科書のうち、加熱電流駆動装置の一つである中性粒子入射装置(NBI)に関する部分である。まず、原型炉で要求されるNBI性能を議論し、大型プラズマの加熱・電流駆動のためには、これまで以上の高効率,高エネルギー,高信頼性・長寿命化が要求されるとし、その技術課題を検討した。放射線環境での運転を考慮すると真空絶縁が不可欠であり、実加速器の真空絶縁特性から、ビームエネルギーは1-1.5MeV程度とするのが現実的であることを示した。負イオン源の信頼性向上,長寿命化のためには、従来の大電流・高電流密度負イオン生成技術に立脚した、フィラメントレス・セシウムフリー負イオン源の開発が必要である。さらに、NBIシステムの効率を決める中性化方式には、従来のガス中性化(効率60%)では要求性能を満足し得ず、中性化効率80%以上のプラズマ中性化等が必要となる。最近、高効率・連続運転の可能な高出力半導体レーザーが製品化されており、これを用いて中性化効率90%以上を実現するレーザー中性化セルの概念を提案する。

This article is a part of text book for fusion reactor design aiming at a tokamak DEMO reactor. It has been identified that the NB system should be characterized by high efficiency, high energy, high reliability in year-long steady operation, and low maintenance frequency. Due to operation under radiation environment, vacuum insulation is essential in the accelerator. According to the vacuum insulation characteristics, it was clarified that a beam energy of 1.0-1.5 MeV is realistic. Development of filamentless, and cesium free ion source is required to achieve low maintenance frequency, based on the existing negative ion production technology. The gas neutralization is not applicable due to its low efficiency (60%). Recently, development of cw high power semiconductor laser is in progress. The paper shows a conceptual design of a high efficiency laser neutralizer utilizing the new semiconductor laser array.