Development of Langmuir probes on divertor cassettes in JT-60SA

JT-60SAのダイバータカセットに設置するラングミュアプローブの開発

福本 正勝; 櫻井 真治; 朝倉 伸幸; 伊丹 潔

Fukumoto, Masakatsu; Sakurai, Shinji; Asakura, Nobuyuki; Itami, Kiyoshi

JT-60SAのダイバータで使用可能な、高熱負荷に耐えられるラングミュアプローブを開発し、製作を完了した。プローブ電極は炭素繊維複合材料で製作し、先端の形状は屋根型である。プローブ先端の温度上昇を抑えるため、プラズマが直接当たらない部分の体積を大きくし、プローブの熱容量を大きくした。これにより、1MW/m, 100秒間及び、10MW/m, 5秒間の熱負荷に対して、プローブ電極先端の温度が1000C以下となり、熱電子放出が小さい温度範囲に抑えられた。従来のトカマク装置では、ラングミュアプローブがダイバータタイルに埋め込まれていた。本研究では、ダイバータの除熱性能の低下を最小限に抑えるため、幅10mmのダイバータカセット間にラングミュアプローブを設置する。酸化アルミニウムを被覆したステンレス鋼により、ダイバータカセットへのプローブ電極の固定と電気的絶縁を行い、さらに、ケーブルを接続するための電極をプローブ電極にロウ付けすることで、ラングミュアプローブの幅を8mmに抑えた。これにより、ダイバータカセット間への設置を可能にした。

Langmuir probes installed in the lower divertor region under high heat flux have been developed and manufactured for JT-60SA. A probe electrode with a head having a rooftop shape is made of a carbon fiber composite and can withstand heat fluxes of up to 10 MW/m for 5 s and 1 MW/m for 100 s. This has been achieved by increasing the volume of the probe electrode that is not directly exposed to the plasma. To minimize the reduction of the heat removal performance of the divertor, the Langmuir probes are installed in toroidal gaps with widths of 10mm between the divertor cassettes, without embedding them in the divertor tiles. Aluminum oxide coatings have been applied to insulate the probe electrodes from the divertor cassettes and to limit the toroidal thickness to 8 mm. Brazing of the nickel connectors to the probe electrodes has reduced the toroidal thickness of the Langmuir probes. A minimum spatial resolution of 13.5mm has been achieved to the Langmuir probes installed on the inner and outer divertor targets.