Design concept of conducting shell and in-vessel components suitable for plasma vertical stability and remote maintenance scheme in DEMO reactor

原型炉におけるプラズマ垂直位置安定性及び遠隔保守に適合する導体シェルの概念設計

宇藤 裕康; 高瀬 治彦; 坂本 宜照; 飛田 健次; 森 一雄; 工藤 辰哉; 染谷 洋二; 朝倉 伸幸; 星野 一生; 中村 誠; 徳永 晋介

Uto, Hiroyasu; Takase, Haruhiko; Sakamoto, Yoshiteru; Tobita, Kenji; Mori, Kazuo; Kudo, Tatsuya; Someya, Yoji; Asakura, Nobuyuki; Hoshino, Kazuo; Nakamura, Makoto; Tokunaga, Shinsuke

BA原型炉設計においてプラズマ垂直位置安定性とブランケットや保守などの炉構造との観点から導体シェルを含む炉内機器の概念設計を行った。プラズマ垂直位置安定化のための導体シェルはトリチウム生産のため増殖ブランケットモジュールの背面に設置されるが、プラズマ安定化の観点からは可能な限りプラズマ表面近傍に設置しなければならず、炉内機器設計ではこれらを合した設計検討が必須である。そこで、BA原型炉設計では3次元渦電流解析コード(EDDYCAL)を用いて、3次元の炉構造モデルにおいて数種類の導体壁構造に対して位置安定性を評価した。これらの検討により、楕円度1.65の原型炉プラズマでは、トリチウム増殖率(TBR)1.05以上が得られるブランケット領域を確保した場合(導体壁位置rw/ap=1.35)、ダブルループ型などの導体シェル構造で銅合金厚さ0.01m以上が必要であることがわかった。一方、ディスラプション時に導体シェルに誘起される渦電流によりブランケットモジュールにかかる電磁力が数倍になり、発表ではこれらの検討結果を踏まえた導体シェルと炉内機器の概念設計と課題について報告する。

Conceptual design of in-vessel component including conducting shell has been investigated in Broader Approach (BA) DEMO design activities, in order to propose feasible DEMO reactor from plasma vertical stability and engineering viewpoint. The conducting shell for the plasma vertical stability will be incorporated behind blanket module, while the location must be close to the plasma surface as possible for the plasma stabilization. We evaluated dependence of the plasma vertical stability on the conducing shell parameters by using a 3-dimensional eddy current analysis code (EDDYCAL). The calculation results showed that the conducting shell requires more than 0.01 m thickness of Cu-alloy on DEMO. On the other hand, the electromagnetic force at the plasma disruption is a few times larger than no conducting shell case because of larger eddy current on conducting shell. The engineering design issues of in-vessel components for plasma vertical stability are presented.