Actively circulated liquid metal divertor (ACLMD)

能動循環液体金属ダイバータ

嶋田 道也; 廣岡 慶彦*; Zhou, H.*

Shimada, Michiya; Hirooka, Yoshihiko*; Zhou, H.*

核融合炉のダイバータ材料に最も有望なものとしてタングステンが検討されている。タングステン・ダイバータはITER実験炉の熱負荷には耐えられるものの、原型炉レベルの熱負荷を処理することは困難である。またディスラプション等に伴って短時間に膨大な熱負荷が生じた場合、溶融し再固化した後タングステン表面に凹凸が生じるため処理可能な熱負荷が著しく劣化する可能性がある。さらにタングステンは延性脆性遷移温度が摂氏400度と高く、中性子照射によりさらに上昇して亀裂を生じる懸念がある。そこで液体金属をダイバータ材料として用い、磁場に垂直の電流を液体金属中に流すことにより液体金属を循環させることを提案する。液体金属の流速が0.3m/s程度あれば、原型炉レベルの熱負荷を処理することが可能である。MHD方程式を円筒座標系で検討し、電圧の立ち上げを1分程度かけて行えば、電極に印加する電流・電圧は工学的に対処できるレベルであることを明らかにし、この新しいダイバータ概念が更なる検討に値することを示した。

Tungsten is considered to be most promising candidate for divertor target material for fusion reactor. Although tungsten target can withstand the heat loads of ITER, the heat exhaust requirement for DEMO is much more demanding. Pulsive heat loads associated with disurption would melt the tungsten divertor target. Melting and subsequent resolidification will roughen the tungsten surface, significantly deteriorating the heat handling capability. Further, tungsten has a rather high DBTT (Ductile-Brittle-Transition temperature) of 400C. Neutron irradiation would further increase the DBTT, which could result in cracks. In view of these issues, liquid metal divertor is proposed, which is actively circulated with the Lorentz force introduced through the electrodes in the liquid metal. A modest flow speed of 0.3 m/s seems to be adequate for the heat load exhaust of DEMO. A simple treatment of MHD equation in a cylindrical geometry suggests that the requirements on the current and voltage are modest if the ramp-up of current is made slowly (e.g. in a minute), implying that the this concept is worth further study.