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論文

Thermal properties of redeposition layers in the JT-60U divertor region

石本 祐樹; 後藤 純孝*; 新井 貴; 正木 圭; 宮 直之; 大山 直幸; 朝倉 伸幸

Journal of Nuclear Materials, 350(3), p.301 - 309, 2006/05

 被引用回数:19 パーセンタイル:16.65(Materials Science, Multidisciplinary)

ELMによる過渡的な熱負荷を評価するため、JT-60UW型ダイバータの内側ターゲットタイル上に形成された再堆積層の熱物性値をレーザーフラッシュ法を用いて初めて測定した。再堆積層の観察は走査電子顕微鏡によって行い、ストライクポイントの頻度が高い位置に200マイクロメートルを超える再堆積層を確認した。この位置より再堆積層のみの試料を取り出し、分析を行った。マイクロバランスを用いて試料の質量を測定し、再堆積層のかさ密度が、タイル基材である炭素繊維材料のおよそ半分であることを明らかにした。室温から1000度の領域では、比熱は参照試料である等方性黒鉛とほぼ同じであるが、熱拡散係数は、炭素繊維材料に比べておよそ2桁小さいことがわかった。測定した熱物性値をELMの熱流負荷解析に適用すると、熱負荷はタイル表面を炭素繊維材料であるとして解析した場合の10分の1程度になると示唆される。これは、赤外カメラの温度上昇から見積もったダイバータへの熱負荷がプラズマ蓄積エネルギーの減少分よりも大きくなっているという矛盾を説明する理由の1つとなることがわかった。また、熱物性値のポロイダル分布や熱負荷の非一様性を考慮する必要があることも明らかになった。

報告書

水銀流動基礎実験,1; 壁面摩擦係数測定試験及び今後の試験計画

神永 雅紀; 木下 秀孝; 羽賀 勝洋; 日野 竜太郎; 数土 幸夫

JAERI-Tech 99-051, 56 Pages, 1999/07

JAERI-Tech-99-051.pdf:3.52MB

水銀ターゲット技術を確立するため、熱流動特性、機器健全性、エロージョン特性等の設計に不可欠な試験が可能な装置の検討を行い、最大流量15L/minの水銀流動基礎実験装置を製作した。水銀流動試験の第一段階として、非加熱流路を用いた壁面摩擦係数測定を実施した。その結果、水銀の濡れ性が運転時間の増加とともに改善され、壁面摩擦係数が増加することが明らかとなった。壁面摩擦係数は、試験開始直後には壁面での水銀のスリップにより、なめらかな管の摩擦係数評価式であるBlasiusの式で求めた値よりも小さいが、運転時間が11時間を越えると10%以内の偏差でよく一致し、Blasiusの式が設計に使用可能であるとの見通しを得た。また、本報告書では、装置の特性や水銀循環時に生じた技術的な問題について述べるとともに、ターゲット開発に不可欠な今後の試験計画も示した。

論文

Thermal and hydraulic design of mercury target; Cross flow type

神永 雅紀; 日野 竜太郎; 須々木 晃*; 坂下 元昭*; 中村 文人*; 田川 久人*

Proc. of 14th Meeting of the Int. Collaboration on Advanced Neutron Sources (ICANS-14), 1, p.269 - 277, 1998/00

5MW水銀ターゲットシステムの設計では、水銀による構造材の浸食や腐食を防ぐために低流速で十分な除熱能力を確保する必要がある。本報告では、低流速で除熱可能なクロスフロー方式ターゲットの概念を検討するために実施した熱流動解析結果について述べる。再循環流を防ぎ流れをビームに対してクロスされる構造とするため、容器内部にビームと並行に整流板を2枚設置し整流板に設けた開口部をビーム窓に近づくに従って大きくする構造を提案した。本構造を採用することにより、水銀の最高温度は220$$^{circ}$$C以下に、水銀流速は1.5m/s以下に抑えることが可能であることを解析により示した。さらに、開孔率を変えることにより最高温度を低減することが可能であるとの目処を得た。

論文

プラズマ対向材料のエロージョン特性

中村 和幸; 秋場 真人

プラズマ・核融合学会誌, 73(6), p.594 - 599, 1997/06

本稿では、プラズマ対向材料(PFM)の損耗特性について概説する。PFMの損耗機構は、定常運転時にはスパッタリングが、また、ディスラプション時には熱衝撃による粒子飛散が主となる。スパッタリングによる損耗では、炭素繊維強化複合材(CFC材)と水素同位体との間の化学スパッタリングが特に問題となるが、その特徴は500$$^{circ}$$C付近に損耗のピークを持つなど強い温度依存性を有することである。ディスラプションによる損耗では、材料中の不純物(中でもカルシウムなどの低沸点不純物)量が多いほど損耗量が増加することが明らかとなっている。これらの損耗データを基にダイバータ板の寿命評価が進められているか、今後さらに、高粒子束、高熱流束条件下のデータや、中性子照射試料に対するデータが必要である。

論文

New composite composed of boron carbide and carbon fiber with high thermal conductivity for first wall

神保 龍太郎*; 西堂 雅博; 中村 和幸; 秋場 真人; 鈴木 哲; 後藤 純孝*; 鈴木 康隆*; 千葉 秋雄*; 山木 孝博*; 中川 師夫*; et al.

Journal of Nuclear Materials, 233-237(PT.A), p.781 - 786, 1996/00

 被引用回数:12 パーセンタイル:26.8

新複合材料は、高熱伝導炭素繊維で作った平織りクロスを積層し、その間に多量のB$$_{4}$$Cを均一に充填して焼成した。B$$_{4}$$Cを20~35vol.%添加し、1700$$^{circ}$$Cで焼結した材料は、250W/m・K前後の室温熱伝導率を示す。開発材の熱伝導率は、温度依存性が小さく、400$$^{circ}$$C以上になると、室温で300W/m・K以上の高熱伝導フェルトC/C材の値より高くなり、高温材料として望ましい特性を示す。800Kにおける重水素イオンによるスパッタリング試験では、B$$_{4}$$Cが35vol.%以上の材料は、エロージョン率がC/C材の40%に低下し、B$$_{4}$$C添加の効果が明らかである。電子ビームによる熱負荷試験では、22MW/m$$^{2}$$を5秒間照射し、表面温度が2500$$^{circ}$$Cになっても割れの発生は起らなかった。リサイクリング特性は、黒鉛に比して、B$$_{4}$$Cの添加量と共に向上する。以上により、本複合材料は、C/C材とB$$_{4}$$Cの長所を併せ持つ複合材料であることがわかる。

論文

Erosion of CFCs and W at high temperature under high heat loads

中村 和幸; 鈴木 哲; 佐藤 和義; 荒木 政則; 横山 堅二; 大楽 正幸; 秋場 真人

Journal of Nuclear Materials, 212-215, p.2101 - 1205, 1994/00

次期核融合装置用ダイバータ板候補材である炭素繊維強化複合材(CFC材)およびタングステンの高熱負荷下での損耗量を、試料温度の関数として測定した。試料装置はJEBISで、熱負荷は1800MW/m$$^{2}$$、試料温度は室温から1100$$^{circ}$$Cの範囲で実験を行った。その結果、(1)全ての試料について、規格化後の損耗量は試料温度の上昇に伴い増加すること、(2)炭素系材料について、規格化後の損耗量は試料の熱伝導率が大きいほど小さいこと、(3)同じ入熱条件下では、タングステンの損耗量の方が、炭素系試料のそれより小さいこと、等が明らかとなった。

論文

Sensitivity study on some parameters of disruption erosion analysis

功刀 資彰; 秋場 真人; 小川 益郎; 伊勢 英夫*; 山崎 誠一郎*

Fusion Technology, 21, p.1863 - 1867, 1992/05

核融合炉ディスラプション時の熱損傷量を評価するため、日本を始めとして米国及びECで、蒸発・溶融を伴うディスラプション熱応答解析コードが開発されている。しかし、同一熱負荷条件における各国コードの熱損傷量が互いに異なることが指摘されており、この原因を解明する必要がある。本報告は、ディスラプション熱応答解析コードの数値解析及び数理モデル上の種々のパラメータ(計算格子、時間増分、境界条件、蒸発モデル式及びモデル定数、材料の熱物性値の温度依存性など)の感度特性を評価した結果をまとめたものである。本解析の結果、材料の熱伝導率及び蒸気圧の温度依存性が熱損傷量に大きく影響することが明らかとなった。しかし、依然として各国間の結果の差を説明し得る有力な根拠を得ることができなかった。そこで、コードの信頼性を検証するためのベンチマーキングを提案した。

論文

Experimental and analytical results of carbon based materials under thermal shock heat loads for fusion application

荒木 政則; 秋場 真人; 関 昌弘; 大楽 正幸; 伊勢 英夫*; 山崎 誠一郎*; 田中 茂; 横山 堅二

Fusion Engineering and Design, 19, p.101 - 109, 1992/00

 被引用回数:15 パーセンタイル:19.83

プラズマ対向機器は熱的・構造的に厳しい環境下にさらされ、これら受熱機器の寿命を評価することは、設計上、必要不可欠である。プラズマ対向機器の寿命は、各種損傷要因によって決まるが、プラズマ異常消滅時に生ずる短時間・高熱流束の熱衝撃が支配的である。このため、プラズマ対向機器表面材料である、炭素系材料の熱衝撃実験を電子ビーム照射装置を用いて実施し合わせて2次元熱解析結果と比較した。実験の結果、低熱負荷領域では、材料損耗深さに関する実験結果は解析結果とよりよい一致をみた。しかし、熱負荷の増加と共に、実験結果と解析結果の比は大きくなり、この原因は、実験中に観察された粒子飛散によるものと考えられ、一方、解析ではそのモデル化が困難であるため考慮されていないことによる。実験結果は解析結果の約2倍であり、このことから表面材料である炭素系材料の寿命を評価する上で解析的手法による評価の可能性が示された。

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