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論文

Spin resonance in the new-structure-type iron-based superconductor CaKFe$$_{4}$$As$$_{4}$$

飯田 一樹*; 石角 元志*; 永井 佑紀; 吉田 紘行*; Christianson, A. D.*; 村井 直樹; 川島 健司*; 吉田 良行*; 永崎 洋*; 伊豫 彰*

Journal of the Physical Society of Japan, 86(9), p.093703_1 - 093703_4, 2017/09

 被引用回数:19 パーセンタイル:82.96(Physics, Multidisciplinary)

The dynamical spin susceptibility in the new-structure iron-based superconductor CaKFe$$_{4}$$As$$_{4}$$ was investigated by a combination of inelastic neutron scattering (INS) measurements and random phase approximation (RPA) calculations. Powder INS measurements show that the spin resonance at Q$$_{rm res}$$ = 1.17(1) ${AA}$ vector in the tetragonal notation, evolves below Tc. The characteristic energy of the spin resonance E$$_{rm res}$$ = 12.5 meV is smaller than twice the size of the superconducting gap (2$$Delta$$). The broad energy feature of the dynamical susceptibility of the spin resonance can be explained by the RPA calculations which take into account the different superconducting gaps on the different Fermi surfaces. Our INS and PRA studies demonstrated that the superconducting pairing nature in CaKFe$$_{4}$$As$$_{4}$$ is the s$$pm$$ symmetry.

論文

Azimuthal correlations of electrons from heavy-flavor decay with hadrons in $$p+p$$ and Au+Au collisions at $$sqrt{s_{NN}}$$ = 200 GeV

Adare, A.*; Afanasiev, S.*; Aidala, C.*; Ajitanand, N. N.*; 秋葉 康之*; Al-Bataineh, H.*; Alexander, J.*; 青木 和也*; Aphecetche, L.*; Aramaki, Y.*; et al.

Physical Review C, 83(4), p.044912_1 - 044912_16, 2011/04

 被引用回数:8 パーセンタイル:52.71(Physics, Nuclear)

重いフレーバーのメソンの崩壊からの電子の測定は、このメソンの収量が金金衝突では陽子陽子に比べて抑制されていることを示している。われわれはこの研究をさらに進めて二つの粒子の相関、つまり重いフレーバーメソンの崩壊からの電子と、もう一つの重いフレーバーメソンあるいはジェットの破片からの荷電ハドロン、の相関を調べた。この測定は重いクォークとクォークグルオン物質の相互作用についてのより詳しい情報を与えるものである。われわれは特に金金衝突では陽子陽子に比べて反対側のジェットの形と収量が変化していることを見いだした。

報告書

核融合原型炉SlimCSの概念設計

飛田 健次; 西尾 敏*; 榎枝 幹男; 中村 博文; 林 巧; 朝倉 伸幸; 宇藤 裕康; 谷川 博康; 西谷 健夫; 礒野 高明; et al.

JAEA-Research 2010-019, 194 Pages, 2010/08

JAEA-Research-2010-019-01.pdf:48.47MB
JAEA-Research-2010-019-02.pdf:19.4MB

発電実証だけでなく、最終的には経済性までを一段階で見通しうる核融合原型炉SlimCSの概念設計の成果を報告する。核融合の開発では、これまで、1990年に提案されたSSTR(Steady State Tokamak Reactor)が標準的な原型炉概念とされてきたが、本研究はSSTRより軽量化を図るため小規模な中心ソレノイドを採用して炉全体の小型化と低アスペクト比化を図り、高ベータ及び高楕円度(グリーンワルド密度限界を高めうる)を持つ炉心プラズマにより高出力密度を目指した。主要パラメータは、プラズマ主半径5.5m,アスペクト比2.6,楕円度2.0,規格化ベータ値4.3,核融合出力2.95GW,平均中性子壁負荷3MW/m$$^{2}$$とした。この炉概念の技術的成立性を、プラズマ物理,炉構造,ブランケット,超伝導コイル,保守及び建屋の観点から検討した。

論文

Simulation of power exhaust in edge and divertor of the SlimCS tokamak demo reactor

朝倉 伸幸; 清水 勝宏; 川島 寿人; 飛田 健次; 滝塚 知典

Journal of Plasma and Fusion Research SERIES, Vol.9, p.136 - 141, 2010/08

原型炉SlimCS(核融合出力3GWクラス、プラズマからの排出されるパワーはおよそ500MW)における熱処理について、SONICコードにより検討を行った。SONICコードは、磁力線に沿う方向と垂直な方向の2次元メッシュ上で、プラズマ流体コード(SOLDOR),モンテカルロ法による中性粒子輸送コード(NEUT2D)及び不純物輸送コード(IMPMC)を収束まで反復計算を行う複合コードである。周辺プラズマへアルゴンガスの入射を行い、プラズマ周辺部とダイバータにおける放射損失パワーを増加させダイバータ板への熱負荷は低減する際の放射損失パワーの分布を検討した。以前のモデル計算(不純物イオンの分布をプラズマイオンに対する割合と仮定し、放射損失モデルを使用)では、ダイバータ板への熱・粒子輸送による熱負荷は低減するが、ダイバータ板上流での放射パワーが局所的で大きく、ダイバータ板で7MWm$$^{-2}$$以下に低減することは難しい結果であった。今回の不純物イオンの物理的輸送過程を考慮したモデルでの解散結果と比較した。

論文

Compact DEMO, SlimCS; Design progress and issues

飛田 健次; 西尾 敏; 榎枝 幹男; 川島 寿人; 栗田 源一; 谷川 博康; 中村 博文; 本多 充; 斎藤 愛*; 佐藤 聡; et al.

Nuclear Fusion, 49(7), p.075029_1 - 075029_10, 2009/07

 被引用回数:125 パーセンタイル:98.18(Physics, Fluids & Plasmas)

最近の核融合原型炉SlimCSに関する設計研究では、おもに、ブランケット,ダイバータ,材料,保守を含む炉構造の検討に重点を置いている。この設計研究における炉構造の基本的考え方とそれに関連する課題を報告する。楕円度のついたプラズマの安定化と高ベータ化のため、セクター大の導体シェルを交換ブランケットと固定ブランケット間に設置する構造とした。また、ブランケットには、加圧水冷却,固体増殖材を採用することとした。従来の原型炉設計で検討していた超臨界水冷却を利用するブランケット概念に比べ、トリチウム自給を満足するブランケット概念の選択肢はかなり絞られる。ダイバータ技術やその材料について考慮すると、原型炉のダイバータ板での熱流束上限は8MW/m$$^{2}$$以下とすべきであり、これは原型炉で取り扱うパワー(すなわち、アルファ加熱パワーと電流駆動パワーの和)に対して大きな制約となりうる。

論文

Study of fueling scenario and particle balance in a fusion reactor

竹永 秀信; 川島 寿人; 西尾 敏; 飛田 健次

Fusion Science and Technology, 57(1), p.94 - 102, 2009/06

 被引用回数:5 パーセンタイル:38.65(Nuclear Science & Technology)

定常核融合炉での効率的な燃料供給シナリオについて、SlimCS設計パラメータ(2.95GW出力)を用いて考察した。トリチウムは少ない供給量で高い密度を維持するために主プラズマへ供給し、重水素は高密度とダイバータでの高リサイクリングを維持するために主プラズマ及び周辺プラズマへ供給する。主プラズマ供給粒子の閉じ込め時間を2s,周辺プラズマ供給粒子の閉じ込め時間を2ms,ダイバータでの排気効率を3%と仮定した場合の粒子バランスについて考察した。トリチウムに関しては、主プラズマへの供給率が2.5$$times$$10$$^{22}$$/sの場合に定格出力に必要なトリチウム密度が維持される。重水素に関しては、主プラズマでの重水素密度を維持するための主プラズマへの供給率1.4$$times$$10$$^{22}$$/sと、高リサイクリングを維持するための周辺プラズマへの供給率3.6$$times$$10$$^{23}$$/sが必要である。結果として、重水素の総供給率はトリチウムの供給率より1桁以上大きくなっている。さらに、粒子閉じ込め時間を変化させた場合の供給量の変化を明らかにするとともに、トリチウムリテンションの許容値について考察した。

論文

Simulation study for divertor design to handle huge exhaust power in the SlimCS DEMO reactor

川島 寿人; 清水 勝宏; 滝塚 知典; 飛田 健次; 西尾 敏; 櫻井 真治; 竹永 秀信

Nuclear Fusion, 49(6), p.065007_1 - 065007_7, 2009/06

 被引用回数:23 パーセンタイル:68.72(Physics, Fluids & Plasmas)

コンパクトDEMO炉SlimCSにおいて、ダイバータコードSOLDOR/NEUT2Dを用いてダイバータ設計検討を行った。その結果、スクレイプオフ層への巨大排出パワーをダイバータで制御するための有望な見通しを得ることができた。典型的パラメータとして、排出パワー500MW、イオン粒子束0.5$$times$$10$$^{23}$$s$$^{-1}$$を用いたところ、ダイバータ板上の熱負荷は、当初の垂直化ダイバータ板形状において、外側ダイバータ板上で最高値70MW/m$$^{2}$$に達した。これは初期の概念設計で想定した熱負荷10MW/m$$^{2}$$を大幅に超えることがわかった。そこで外側ダイバータ板下部にV型コーナーを設け、重水素ガスパフ又はアルゴン不純物を適量導入して粒子リサイクリング及び放射損失パワーの増大を図り、非接触状態にすることによって、最大熱負荷を10MW/m$$^{2}$$以下まで低減することに成功した。さらに、排出パワーの減少とともに、ダイバータ熱負荷が指数関数的に減少することを明らかにし、排出パワー300MWにおいては、より少量の重水素ガスパフ及びアルゴン不純物導入でも7MW/m$$^{2}$$程度の許容値を得られることが示した。

論文

Study on mixing behavior in a tee piping and numerical analyses for evaluation of thermal striping

上出 英樹; 五十嵐 実*; 川島 滋代*; 木村 暢之; 林 謙二

Nuclear Engineering and Design, 239(1), p.58 - 67, 2009/01

 被引用回数:107 パーセンタイル:99.31(Nuclear Science & Technology)

サーマルストライピング現象の熱流動側面に着目し、3対1の口径比を持つT管を対象とした水試験を実施した。移動可能な熱電対ツリーと粒子画像流速計測法を用い、詳細な温度分布と流速分布を計測した。T管内のフローパターンは3種類に分類され、それぞれが固有の温度変動強度の空間分布を持つことを明らかにした。温度変動のパワースペクトル(PSD)はSt数により無次元化することで、T管の流速比とフローパターンが同じであれば、流速の絶対値によらず同じ分布形状を示すことがわかった。有限差分法に基づく数値解析の結果、壁面噴流の形態では、枝管からのジェットの背後に交互に渦が発達することが示された。T管内の混合現象をこれらの試験データと解析結果に基づいて明らかにした。

論文

Momentum-resolved charge excitations in high-$$T$$$$_{rm c}$$ cuprates studied by resonant inelastic X-ray scattering

石井 賢司; Hoesch, M.*; 稲見 俊哉; 葛下 かおり*; 大和田 謙二; 坪田 雅己; 村上 洋一; 水木 純一郎; 遠藤 康夫; 筒井 健二*; et al.

Journal of Physics and Chemistry of Solids, 69(12), p.3118 - 3124, 2008/12

 被引用回数:3 パーセンタイル:19.29(Chemistry, Multidisciplinary)

Resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) in the hard X-ray regime is a new spectroscopic technique to measure electronic excitations utilizing brilliant synchrotron radiation. It has the great advantage that the momentum dependence can be measured unlike conventional optical methods. As inelastic neutron scattering gives spin or lattice dynamics, inelastic X-ray scattering can be a tool to measure charge dynamics in solids through the coupling of photon to the charge of the electron. Here, I would like to present our RIXS studies on high-$$T_c$$ cuprates and related materials which were performed in close collaboration with theorists. In doped Mott insulators, an interband excitation across the Mott gap and an intraband excitation below the gap are observed in the low energy region of RIXS spectra. Momentum and carrier-doping dependence of the excitations will be discussed.

論文

SlimCS; Compact low aspect ratio DEMO reactor with reduced-size central solenoid

飛田 健次; 西尾 敏; 佐藤 正泰; 櫻井 真治; 林 孝夫; 芝間 祐介; 礒野 高明; 榎枝 幹男; 中村 博文; 佐藤 聡; et al.

Nuclear Fusion, 47(8), p.892 - 899, 2007/08

 被引用回数:53 パーセンタイル:87.5(Physics, Fluids & Plasmas)

コンパクトな核融合原型炉概念SlimCSについて報告する。この原型炉は通常のトカマク炉と比べると小規模な中心ソレノイドコイル(CS)を採用している点に特徴がある。通常、CSの主要な役割はポロイダル磁束の供給とされるが、これをプラズマ形状制御とみなすことでCSの大幅な小型化が可能であり、これによりトロイダルコイルの軽量化しいては炉本体重量の低減が期待できる。さらに、CSの小型化はプラズマの低アスペクト比(=2.6)化を可能にし、高楕円度,大プラズマ電流化,高ベータ化など炉心プラズマの高出力密度を実現するうえで望ましい条件が整う。この結果、SlimCSはARIES-RSのような先進トカマク炉概念と同規模の炉寸法でありながら、比較的無理のない炉心プラズマ条件でほぼ同等の核融合出力を発生するメリットを持つ。

論文

Blanket-plasma interaction in tokamaks; Implication from JT-60U, JFT-2M and reactor studies

菊池 満; 西尾 敏; 栗田 源一; 都筑 和泰; Bakhtiari, M.*; 川島 寿人; 竹永 秀信; 草間 義紀; 飛田 健次

Fusion Engineering and Design, 81(8-14), p.1589 - 1598, 2006/02

 被引用回数:4 パーセンタイル:32.55(Nuclear Science & Technology)

トカマク型核融合炉におけるプラズマ-ブランケット相互作用は、プラズマ性能の向上とブランケット/第一壁の健全性保持という観点で重要な役割を果たす。具体的には、壁安定化効果の最適化(RWMの制御)とデイスラプション時の電磁力低減との調和,フェライト鋼を第一壁に用いた場合の誤差磁場効果,壁飽和状態での中性粒子と壁の相互作用,プラズマのスクレープオフ層と壁の相互作用、等が挙げられる。本論文では、炉設計研究,JT-60実験,JFT-2M実験における研究成果を包括的に報告する。

論文

Energetic particle physics in JT-60U and JFT-2M

篠原 孝司; 武智 学; 石川 正男; 草間 義紀; 都筑 和泰; 浦田 一宏*; 川島 寿人; 飛田 健次; 福山 淳*; Cheng, C. Z.*; et al.

Plasma Physics and Controlled Fusion, 46(7), p.S31 - S45, 2004/07

 被引用回数:40 パーセンタイル:79.05(Physics, Fluids & Plasmas)

負磁気シア中でのアルベン固有モードの振る舞い,TAE周波数領域で発生する不安定性による高エネルギーイオンの輸送,電流ホールを有するプラズマ中での高エネルギーイオンの振る舞い,フェライト鋼による複雑トロイダル磁場リップル中での高エネルギーイオンの損失など、JT-60U及びJFT-2Mにおける最近の高エネルギー粒子物理研究の成果について報告する。

報告書

配管合流部の混合現象に関する研究; 感温液晶シートによる配管内表面温度測定試験

田中 正暁; 川島 滋代*; 五十嵐 実; 林 謙二; 飛田 昭; 上出 英樹

JNC TN9400 2003-117, 65 Pages, 2004/03

JNC-TN9400-2003-117.pdf:3.49MB

温度の異なる流体が混合することにより生じる温度変動が構造材に伝わると、構造材に高サイクル熱疲労(サーマルストライピング現象)が発生する場合がある。冷却材に液体金属ナトリウムを使用する高速炉では、水に比べてナトリウムの熱伝導率が高いことから液体の温度変動が構造に伝わり易く、本現象の評価は重要な課題である。核燃料サイクル開発機構では、T字管体系の配管合流部におけるサーマルストライピング現象に着目し、T字管における混合現象及び実機プラントで観測されている長周期温度変動の原因を解明するために、長周期温度変動水流動試験を実施している。可視化試験の結果から、流入条件の違いにより噴流形態を(A)衝突噴流(B)偏向噴流(C)再付着噴流(D)壁面噴流に分類でき、各噴流形態は主/枝配管流体の運動量比により整理できることを明らかにした。 本研究では、主配管に枝配管が接続する合流部下流の主配管内表面に感温液晶シート貼り付け、配管表面温度の測定を試みた。配管表面温度は、感温液晶シートによる可視化画像から温度データに変換して定量的に取得する。画像解析による輝度値データから温度データヘの変換にかかる不確かさについて検討し、感温液晶シートによる温度測定誤差は10$$^{circ}C$$の感温範囲に対して平均土約2度Cであることが分かった。感温液晶試験の結果から、(A)衝突噴流条件及び(D)壁面噴流条件のケースでは枝配管下流の主配管内面に、枝配管からの低温流体によるコールド・スポツトが形成され、このコールド・スポツトは時間的に変動し、コールド・スポツトの周辺では温度変動強度が高い値を示すことがわかった。これにより、(A)衝突噴流条件及び(D)壁面噴流条件が配管への熱疲労の観点から厳しい流動条件であることが分かった。壁面に設置した熱電対データとの比較から、感温液晶シートを用いた本手法による温度分布測定結果は熱電対による粗な空間分布を補間するものとして有用であることを確認した。

報告書

配管合流部の混合現象に関する研究; 流体混合現象と構造材への温度変動伝達挙動の解明

五十嵐 実; 田中 正暁; 木村 暢之; 中根 茂*; 川島 滋代*; 林 謙二; 飛田 昭; 上出 英樹

JNC TN9400 2003-092, 100 Pages, 2003/11

JNC-TN9400-2003-092.pdf:5.1MB

高サイクル熱疲労の研究は、高速炉における構造健全性の観点で重要である。サイクル機構では高速炉における熱疲労評価手法を確立するために種々の実験及び解析コードの整備を実施している。本報は、T字管水試験による温度・速度場計測を実施した。温度測定の結果から、主/枝配管の運動量比が等しければ、温度変動の周波数特性は無次元化したパワースペクトル密度が一致することがわかった。流速測定の結果から、運動量比が等しければ合流部のフローパターンは一致することがわかった。また伝達関数による熱伝達率の推定から、時間的に一定な熱伝達率により温度変動の流体から構造への伝達は表現できることがわかった。

論文

Effects of complex magnetic ripple on fast ions in JFT-2M ferritic insert experiments

篠原 孝司; 川島 寿人; 都筑 和泰; 浦田 一宏*; 佐藤 正泰; 小川 宏明; 神谷 健作; 笹尾 一; 木村 晴行; 河西 敏; et al.

Nuclear Fusion, 43(7), p.586 - 593, 2003/07

 被引用回数:47 パーセンタイル:80.66(Physics, Fluids & Plasmas)

JFT-2MではAdvanced Material Tokamak Experiment (AMTEX) プログラマの第3段階として真空容器内にプラズマをほぼ覆うようにフェライト鋼壁を設置した(FIW)。ポートと周期的な設置が困難なため、磁場構造は、非周期的な複雑リップルとなる。このような複雑リップル下で、その高速イオン損失に与える影響を理解するための実験を行った。FIWではフェライト鋼の厚みを最適化することでトロイダル磁場リップルの強さを小さくしているが、この手法によるトロイダル磁場リップルの低減が観測され、さらに、リップルの低減に伴い、高エネルギー粒子の損失の低減が確認された。また、積極的に磁場構造を変えるために真空容器の外に外部フェライト鋼をつけた実験も行った。結果、局所リップルの役割はリップル井戸のポロイダル断面形状の影響を強く受けることがわかった。さらに、複雑磁場構造を扱えるように改良したOFMCコードと実験結果の比較を行った。実験で使用したさまざまな複雑磁場構造の熱流速について、実験結果と計算結果が良い一致を示した。

論文

Investigation on ripple loss reduction by ferritic steel plate insertion in JFT-2M; Comparison between experimental and computational data

佐藤 正泰; 木村 晴行; 三浦 幸俊; 中山 武*; 飛田 健次; 川島 寿人; 都筑 和泰; 伊世井 宣明

Nuclear Fusion, 42(8), p.1008 - 1013, 2002/08

 被引用回数:4 パーセンタイル:15.23(Physics, Fluids & Plasmas)

JFT-2Mではフェライト鋼とプラズマとの整合性を調べる先進材料プラズマ試験を現在段階的に進めている。第一段階のリップル低減試験では、トロイダル磁場コイルの直下で真空容器の外側にフェライト鋼板(FP)を設置して、トロイダル磁場のリップル(強弱)を低減し、高速イオンのリップル損失減少を実証した。フェライト鋼を装着した場合、磁場の構造が複雑に変化し、トロイダル磁場コイルの数に相当するトロイダルモード数の磁場リップルだけでなく、その高調波が発生する。磁場の強さとフェライト鋼の厚さを変え、基本波リップルと2倍高調波リップルを変化させることにより、リップル捕捉損失は、肩部の基本波リップル率に強く依存することを明らかにした。FPにより作り出される磁場を考慮に入れて軌道追跡モンテカルロコード(OFMC)を拡張し、実験結果と比較した。その数値結果は、リップル捕捉損失は肩部の基本波リップル率に強く依存し、実験事実を定性的に説明できる。

口頭

低アスペクト比原型炉SlimCS設計検討の進展

飛田 健次; 西尾 敏; 山田 政男*; 角舘 聡; 中村 博文; 林 巧; 榎枝 幹男; 鶴 大悟; 川島 寿人; 栗田 源一; et al.

no journal, , 

保守方式は核融合炉の基本構造を決定づける重要な設計因子である。高い設備利用率を実現するためには炉内機器の脱着が容易な構造でなければならない。一方、ディスラプション時に働く強大な電磁力に耐える堅牢な構造が求められるが、燃料増殖材の充填空間を十分確保したいので支持構造材は最小限にとどめたい。原型炉には、これら相反する要求を同時に満たす炉構造・保守概念が求められている。原子力機構では、既存技術又はその延長技術で実現可能なセクター一括保守概念の構築を試みている。保守の一部である搬送概念については、1セクターあたり650$$sim$$750トンになる重量物を搬送するためには車輪又はローラーを用いる方式以外は考えにくいという結論に達し、今回は車輪方式の搬送機概念を具体化した。保守時には、セクター下部に設けたギャップに搬送機を導入し搬送機上部の油圧ジャッキを上げてセクター荷重を車輪で受けた後、牽引力の大きいナットボール回転ネジ方式でセクターをキャスクに引き込む。このような搬送概念の他、キャスク2重ドア,転倒力支持などセクター保守の課題を解決するための方策について報告する。

口頭

原型炉に向けたダイバータ設計の物理検討

川島 寿人; 清水 勝宏; 櫻井 真治; 西尾 敏; 飛田 健次; 滝塚 知典

no journal, , 

次世代の核融合原型炉では500MW以上の入力が予想されるが、ダイバータ板熱負荷は10MW/m$$^{2}$$以下に抑える必要がある。その成立条件を見いだすため、原子力機構発案の原型炉SlimCSにダイバータコードSOLDOR/NEUT2Dを適用して、効率的熱,粒子制御のためのダイバータ形状や運転手法などの検討に着手した。概念設計案でのダイバータ形状において、SOLへの損失パワー460MW(加熱入力の90%),流出粒子束1.9$$times$$10$$^{23}$$s$$^{-1}$$(n$$_{e-edge}$$=3.2$$times$$10$$^{19}$$m$$^{-3}$$)及びAr不純物割合n$$_{Ar}$$/n$$_{i}$$=0.03において、ダイバータ板熱負荷を評価した。内側ダイバータは非接触状態になり10MW/m$$^{2}$$以下だが、外側では接触状態になり熱負荷の最大値q$$_{target}$$$$^{peak}$$は約50MW/m$$^{2}$$と設計条件を5倍超過することがわかった。そこで、外側ダイバータ下部に「V型コーナー」を設置してリサイクリングの増大を図ると、放射損失パワーが430MWまで増大しq$$_{target}$$$$^{peak}$$を約20MW/m$$^{2}$$まで低減できた。しかし、依然設計条件を超えており、Ar割合などの増量による最適化をさらに進めている。

口頭

定常核融合炉における燃料供給シナリオの最適化と粒子バランスの考察

竹永 秀信; 川島 寿人; 飛田 健次; 市毛 尚志; 三代 康彦; 西山 友和

no journal, , 

定常核融合炉での効率的な燃料供給シナリオを確立するために、SlimCS設計パラメータ(2.95GW出力)を用いて考察した粒子バランスについて報告する。トリチウムは少ない供給量で高い密度を維持するために主プラズマへ供給し、重水素は高密度とダイバータでの高リサイクリングを維持するために主プラズマ及び周辺プラズマへ供給することを想定する。主プラズマ供給粒子の閉じ込め時間を2 s、周辺プラズマ供給粒子の閉じ込め時間を2 ms、ダイバータでの排気効率を3%と仮定した場合の粒子バランスについて考察した。トリチウムに関しては、主プラズマへの供給率が2.5$$times$$10$$^{22}$$/sの場合に定格出力に必要なトリチウム密度が維持される。重水素に関しては、主プラズマでの重水素密度を維持するための主プラズマへの供給率1.4$$times$$10$$^{22}$$/sと、高リサイクリングを維持するための周辺プラズマへの供給率3.6$$times$$10$$^{23}$$/sが必要である。結果として、重水素の総供給率はトリチウムの供給率より1桁以上大きくなっている。講演では、粒子閉じ込め時間を変化させた場合の供給量の変化を議論するとともに、トリチウムリテンションの許容値について考察する。さらに、高効率・高信頼性の粒子供給装置システムの確立を目指したペレット入射装置及びガスジェット装置の開発について報告する。

口頭

SlimCSにおける巨大排出パワー制御のためのダイバータ物理検討

川島 寿人; 清水 勝宏; 滝塚 知典; 飛田 健次; 西尾 敏; 櫻井 真治; 竹永 秀信

no journal, , 

原型炉SlimCSにおける巨大排出パワーをダイバータで制御するための物理検討及び設計見通しを得るため、ダイバータコードSOLDOR/NEUT2Dによるシミュレーションを進めた。典型的パラメータとしてSOLへの排出パワー500MW, イオン粒子束0.5$$times$$10$$^{23}$$s$$^{-1}$$, ダイバータ部へのD$$_{2}$$ガスパフ1$$times$$10$$^{23}$$s$$^{-1}$$, Ar不純物割合2%, 排気速度200m$$^{3}$$/sを用いて、ダイバータ板上熱負荷を評価した。初期の垂直化ダイバータ板形状においては熱負荷が外側ダイバータ板上で最高70MW/m$$^{2}$$まで達し、当初想定した許容値10MW/m$$^{2}$$を大幅に超えることがわかった。そこで外側ダイバータ板下部にV型コーナーを設け非接触状態を促進することによって27MW/m$$^{2}$$までの低減に成功した。さらに、(1)ガスパフ, Ar割合を増大させる方法,(2)核融合出力を下げ排出パワーを下げる方法で10MW/m$$^{2}$$以下を目指した。ガスパフを2$$times$$10$$^{23}$$s$$^{-1}$$又はAr割合を5%まで増大した結果、9MW/m$$^{2}$$まで減少し初めて許容値以下にできた。一方、排出パワーを300MWまで下げることで7MW/m$$^{2}$$まで低減できることを明らかにした。

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