Investigation of advanced divertor magnetic configurations and coil arrangements for demo tokamak reactor

トカマク原型炉における先進ダイバータ磁場配位とコイル配置の検討

朝倉 伸幸; 新谷 吉郎*; 星野 一生; 飛田 健次; 清水 勝宏; 宇藤 裕康; 染谷 洋二; 中村 誠; 坂本 宜照

Asakura, Nobuyuki; Shinya, Kichiro*; Hoshino, Kazuo; Tobita, Kenji; Shimizu, Katsuhiro; Uto, Hiroyasu; Someya, Yoji; Nakamura, Makoto; Sakamoto, Yoshiteru

近年、ダイバータ設計において、平衡コイル(PFC)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、「スーパーXダイバータ」が形成可能なダイバータコイル配置及び電流配分の検討を行った。その結果、工学的に設計可能な条件(PFCの最大電流とサイズ)で先進磁場配位を生成するためには、主な3つのダイバータコイルをトロイダルコイルの内側に設置することが必要である。磁力線が曲がり延びるため外側ダイバータ板の傾きを大きくする必要があり受熱面積の大きな増加は期待できない一方、ヌル点発生により連結長は大きく増加する。「雪化粧型ダイバータ」の検討も行い、限られたスペースにおいて連結長が大きく増加可能である一方、ヌル点の生成の困難さ、ダイバータ形状の大きな変更、主プラズマ形状への影響などの課題が明らかとなった。

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 extra magnetic null in the outer divertor leg in order 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 location (, ) and a ratio of the poloidal flux at the super-X null to that at the separatrix (). SXD magnetic configurations with minimal number of PFCs located inside and outside toroidal field coil (TFC) were demonstrated. Locations of the divertor target were also investigated. It was found that SXD has an advantage to increase by 40-60% with , while increase in the flux expansion on the target is small (less than 40%). On the other hand, large currents for the divertor PFCs were required for the case of outside TFC, thus inter-TFC design is a practical solution. Magnetic configurations and arrangement of the divertor PFCs for a snowflake divertor were also demonstrated.