BA活動における原型炉の課題解決に向けた設計領域の分析

Study of design region to resolve DEMO issues in BA activity

坂本 宜照; 中村 誠; 飛田 健次; 宇藤 裕康; 染谷 洋二; 星野 一生; 朝倉 伸幸; 徳永 晋介

Sakamoto, Yoshiteru; Nakamura, Makoto; Tobita, Kenji; Uto, Hiroyasu; Someya, Yoji; Hoshino, Kazuo; Asakura, Nobuyuki; Tokunaga, Shinsuke

これまでの小型・高出力原型炉概念では炉心プラズマと炉工学技術において比較的先進的な設計を行っているため、最近の検討からダイバータ除熱やCSコイルによる磁束供給の不足が解決困難な課題となっている。本研究ではシステムコードを用いて炉心プラズマ総合性能とラジアルビルドの関係を調べ、これらの課題の解決に向けた設計領域の分析を行った。CSコイルによる磁束供給のみでプラズマ電流の立ち上げが可能なプラズマ大半径と正味電気出力の関係のTFコイル厚さに対する依存性、またそれらのブランケットや中性子遮蔽を含む炉内機器サイズに対する依存性を明らかにした。さらに、密度を増大すると核融合出力と加熱パワーが増大するとともにシンクロトロン放射が減少するためダイバータ熱負荷が増大すること、ベータ値を増大すると核融合出力は増大するが加熱パワー減少とシンクロトロン放射減少のためダイバータ熱負荷が減少することを明らかにした。

Relations between a net electrical output power and dimensions of components in radial build are investigated based on the ITER plasma performance to develop a conceptual design of DEMO with the net electrical output power of several hundred MW. Reducing the dimensions of in-vessel components and increasing the thickness of the toroidal field coil contribute to strengthen the toroidal magnetic field at plasma, which brings about increase in a net electrical output power. The relation between the minimum plasma major radius and the maximum net electrical output power is clarified. Furthermore effects of improvements in the ITER plasma performance on the net electricity are also analyzed; indicating the increase of normalized beta could have advantage from the viewpoint of the divertor heat load because the increase of synchrotron radiation loss power contributes to reduce the divertor heat load, though the higher energy confinement is required.