A Simulation study of large power handling in the divertor for a Demo reactor

原型炉に向けたダイバータにおける大きな熱処理のシミュレーション研究

朝倉 伸幸; 清水 勝宏; 星野 一生; 飛田 健次; 徳永 晋介; 滝塚 知典*

Asakura, Nobuyuki; Shimizu, Katsuhiro; Hoshino, Kazuo; Tobita, Kenji; Tokunaga, Shinsuke; Takizuka, Tomonori*

原型炉(核融合出力3GWクラス、排出熱パワーは500MW)におけるダイバータによる熱処理シナリオについて、SONICシミュレーションコードを改良し、検討を進めた。3種の不純物ガス入射により放射損失パワーを増加する手法の検討では、価数の高い不純物ほど、主プラズマ周辺部の放射損失を増加でき非接触ダイバータを発生しやすい一方、主プラズマ内での放射損失や燃料希釈が大きくなることを、不純物輸送過程を考慮し定量的に評価した。ダイバータの深さを長くした設計の検討を行い、放射損失をダイバータ部で増加できプラズマの低温化を効率よくできる一方、中性粒子からのエネルギーがストライク点に集中する可能性を指摘した。拡散係数を増加することにより、ピーク熱負荷が最も低い完全非接触ダイバータが得られることがわかり、原型炉における拡散係数の予測とその増加手法がダイバータ制御に重要であることを明らかにした。

Power exhaust scenario for 3 GW fusion reactor has been developed with enhancing the radiation loss from seeding impurity. Impurity transport and plasma detachment were simulated self-consistently under the Demo divertor condition using an integrated divertor code SONIC. Power handling with different seeding impurities showed that the total heat load, including the plasma transport and radiation, was reduced from 15 MW/m to 10 MW/m for the higher Z case, where both heat load components became comparable. Effects of a long-leg divertor were examined. Full detachment was obtained and peak heat load was decreased to 12 MW/m, where neutral load became comparable to the plasma and radiation load, which may be due to small flux expansion. Finally, plasma diffusion significantly affected the performance of the plasma detachment. Peak heat lard was reduced to 5 MW/m well below engineering design level, with uniformly increasing the diffusion coefficient by the factor of two.