A Study of plasma facing tungsten components with electrical discharge machined surface exposed to cyclic thermal loads

繰り返し高熱負荷にさらされる放電加工タングステンプラズマ対向機器の研究

関 洋治; 江里 幸一郎; 鈴木 哲; 横山 堅二; 山田 弘一; 平山 智之

Seki, Yohji; Ezato, Koichiro; Suzuki, Satoshi; Yokoyama, Kenji; Yamada, Hirokazu; Hirayama, Tomoyuki

ITERダイバータの研究開発の一環として、タングステン(W)タイルをプラズマ対向材料として用いた際の表面輪郭度の精度向上のため、プラズマ対向面を放電加工により成形する研究開発を実施し、繰り返し高熱負荷試験により性能実証に成功した。Wの溶融を避けるために、プラズマ対向機器の表面輪郭度は高い要求値で設計されており、プラズマ対向機器の製作において、高精度な表面輪郭度を実現可能な製作技術の確立が最も重要な要素である。そこで原子力機構は、放電加工を用いることによって0.25mmの公差内に制御することが可能であることを実証した。本成果は、ITERダイバータのプラズマ対向機器でも要求されている表面輪郭度の達成に寄与するものである。さらに本研究開発により製作された小型試験体に対して、20MW/mの高熱流束を1000回繰り返し照射した結果、放電加工済みのWタイルの熱負荷表面に大きな亀裂が発生することなく、Wダイバータの除熱性能と耐久性能の実証に成功した。

Through R&D for a plasma facing unit (PFU) of an ITER full-tungsten (W) divertor, Japan Atomic Energy Agency (JAEA) succeeded in demonstrating the durability of the cyclic heat loaded W divertor which was shaped by an electrical discharge machining (EDM). To prevent melting of W, an adequate technology to meet requirements of a geometrical shape and tolerance of the PFU is one of the most important key issues in a manufacturing process. JAEA has evaluated the EDM to control the final shape tolerance of 0.25 mm. In order to examine an effect on durability of the micro-crack due to EDM, one polished W armor without the EDM and three W armors with the EDM were exposed to cyclic thermal loads. As the result, all of the W armors endured the repetitive heat load of 20 MW/m 1000 cycles without any macro-cracks, which strongly encourages the realization of the PFU of ITER full-W divertor with various geometrical shape and high accuracy tolerance.