Design and nuclear analysis of the equatorial launcher for EC heating and current drive of ITER plasma

ITERプラズマの電子サイクロトロン波加熱電流駆動用水平ランチャーの設計と核解析

高橋 幸司; 阿部 岩司; 磯崎 正美; 小田 靖久; 坂本 慶司; 小林 則幸*; 飯田 浩正*; 阿部 照雄*; 小松崎 学*

Takahashi, Koji; Abe, Ganji; Isozaki, Masami; Oda, Yasuhisa; Sakamoto, Keishi; Kobayashi, Noriyuki*; Iida, Hiromasa*; Abe, Teruo*; Komatsuzaki, Manabu*

水平ポートECランチャーは3段構成で、上段ビームは逆方向電流駆動用として、中・下段ビームは準方向電流駆動用としてプラズマへトータル20MWを入射する。中・下段ビームは共通のBSM開口を通過するようにミリ波ビームの入射角度可変領域を設定して設計している。入射ビームはポロイダル方向可変で、各段323の3段8本の導波管からビームを放射し、前方の固定ミラーと反対側に位置する可動ミラーで反射され、そして、BSM開口を通過してプラズマへ入射される。導波管からBSM出口までのミリ波ビームの伝送効率99%以上、ミリ波ビーム反射によるミラー表面熱負荷の制限値(固定/可動ミラー: 5.0/3.0MW/m)、プラズマターゲットでのビーム半径(2030cm)という条件を満足する設計に成功した。核解析では、以前の設計と比べ遮蔽特性が20%向上することも判明した。本論文は、ミリ波設計を中心に述べると共に、ランチャー設計の妥当性評価のための核解析や電磁力解析についても述べる。

An ITER equatorial EC launcher has been designed to inject a 170GHz, 20MW millimeter (mm) wave beam to plasma with poloidal steering functionality in order to obtain more driven current at the peripheral region of plasma. The equatorial launcher has three sets of mm-wave beam row and each is composed of eight waveguide lines and a quasi-optical transmission region that is formed by a steering and fixed mirror, locating in front of the waveguide outlet. The millimeter wave design to accomplish the high transmission efficiency more than 99% and to compliant with the requirement (criteria) on heat load on the mirrors and beam size at the resonance location of plasma has been successfully developed. This optimized configuration of the millimeter wave components ensures that both mm-wave beams from the middle and bottom row pass through the same BSM opening and then, the feasible and reliable design of BSMs can be carried out. The nuclear analysis of this design modification shows that the residual dose rate at the launcher back end is reduced by 20%, compared to the previous design, which has three openings. This paper reports that the design optimization of the mm-wave design of the equatorial launcher with poloidal beam scan functionality, enhancing the off axis current drive is developed and ensures the effective mm-wave propagation, feasible design of the EL BSMs and nuclear shield structure. The design of the associated structural components such as the port plug and internal shield is also reported.