Investigation of advanced divertor magnetic configuration for Demo tokamak reactor

原型炉における先進ダイバータ磁場配位の検討

朝倉 伸幸; 新谷 吉郎*; 飛田 健次; 星野 一生; 清水 勝宏; 宇藤 裕康; 染谷 洋二; 中村 誠; 大野 哲靖*; 小林 政弘*; 田中 宏彦*

Asakura, Nobuyuki; Shinya, Kichiro*; Tobita, Kenji; Hoshino, Kazuo; Shimizu, Katsuhiro; Uto, Hiroyasu; Someya, Yoji; Nakamura, Makoto; Ono, Noriyasu*; Kobayashi, Masahiro*; Tanaka, Hirohiko*

近年、ダイバータの物理設計において、平衡コイルの配置と電流値の配分を工夫してダイバータ板への磁力線の連結長を増加する磁場形状の検討が注目され、「先進ダイバータ」と呼ばれている。非常に大きな熱流の低減が求められる原型炉のダイバータ設計への適応を考察するため、ダイバータ形状や磁場配位を生成する平衡コイル(PFC)の配置を検討した。プラズマ平衡コードTOSCAを改善し新たに2つのパラメータを導入することにより、PFCをトロイダルコイル(TFC)の外側に設置する条件で、先進ダイバータの代表例である「スーパーXダイバータ」を形成可能なコイル配置及び電流の検討を行った。その結果、PFCをTFCの外側においた場合でも、先進ダイバータ磁場配位が可能であることがわかり、その初期結果を報告する。ダイバータ板の受熱面積は通常の約2倍程度の増加であるが、磁力線長も40-70%増加可能である。一方、ダイバータ配位を形成するコイルには大電流が必要になる。「雪化粧型ダイバータ」の検討を行い、六重極ヌル点の制御の困難さ、主プラズマ形状への影響、一部の中心ソレノイドに非常に大きな電流が必要であることがわかった。

Design study of poloidal field coil (PFC) locations and current distribution for the advanced divertor in the Demo tokamak reactor was presented. Concept of the super-X divertor (SXD) for Demo reactor has an outer divertor leg longer than the conventional divertor, and it extends outboard to increase both the target wetted area and connection length to the outer target (). Equilibrium calculation code, TOSCA, was developed by introducing two parameters, i.e. super-X null radius () and a ratio of the poloidal flux at the super-X null to that at the separatrix (). Some SXD magnetic configurations with minimal number of PFCs located outside toroidal field coil (TFC) were Demonstrated. Locations of the divertor target were also investigated. It was found that the flux expansion can be increased up to 4-10 depending on the target location and , and that SXD has an advantage to increase with . Thus, the divertor plasma temperature is expected to decrease at the same upstream plasma density. On the other hand, large currents for the divertor PFCs were necessary. Other arrangements of PFCs such as (1) larger and (2) inside TFC, can reduce the PFC currents.