Actively convected liquid metal divertor

能動対流液体金属ダイバータ

嶋田 道也; 廣岡 慶彦*

Shimada, Michiya; Hirooka, Yoshihiko*

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、電極に印加する電圧は数ボルト程度で十分であること、隣接するダイバータ・モジュールの間に絶縁版を設置し、電圧の立ち上げを1分程度かけて行えば、電極あたりの電流は数アンペアに抑制できることを示した。この初期的解析により、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 the most promising material for divertor in a fusion reactor. Tungsten divertor can withstand the heat loads of ITER, but the heat loads of DEMO divertor is a challenge. Pulsive heat loads as those associated with disruption could melt tungsten targets. The surface would not be flat after subsequent resolidification, which would significantly deteriorate its heat handling capability. Furthermore, DBTT of tungsten is rather high: 400C, which would become even higher after neutron irradiation, possibly resulting in cracks in tungsten. Our proposal is to use liquid metal for the divertor target material and actively circulate it with force. A simplified analysis of mhd equation in a cylindrical geometry suggests that the engineering requirement is modest. This analysis suggests that this new divertor concept merits further investigation.