Development of 4-phase continuous diverter system by MHD controlling

Research Project

Project/Area Number	21H04449
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Medium-sized Section 14:Plasma science and related fields
Research Institution	Tohoku University
Principal Investigator	橋爪秀利東北大学, 工学研究科, 教授 (80198663)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	伊藤悟東北大学, 工学研究科, 准教授 (60422078) 遊佐訓孝東北大学, 工学研究科, 教授 (60466779) 宍戸博紀東北大学, 工学研究科, 助教 (90827792)
Project Period (FY)	2021-04-05 – 2026-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help	¥33,280,000 (Direct Cost: ¥25,600,000、Indirect Cost: ¥7,680,000) Fiscal Year 2024: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000) Fiscal Year 2023: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000) Fiscal Year 2022: ¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000) Fiscal Year 2021: ¥10,010,000 (Direct Cost: ¥7,700,000、Indirect Cost: ¥2,310,000)
Keywords	MHD流れの制御 / ダイバータ / MHD流れ / 核融合炉 / ダイバーター / 液体ダイバータ / MHD効果 / ４相連続 / 液体ダイバーター
Outline of Research at the Start	従来から考えられている２つの方式であるガスダイバータ（固体壁の表面にガスを噴射する方法）と液体ダイバータ（液体金属を用いる方法）で問題となる、一部の荷電粒子がガス領域を突き抜けてしまうことによる固体壁の重大な損傷の発生・液体の蒸発によるプラズマへの不純分の侵入によるプラズマの不安定化といった工学的課題を解決するため、両者の方法を統合し、世界初の「MHD効果を利用した４相連続型の革新的なダイバータシステム」の基盤研究を遂行することによって、合理的なダイバータの実現に向けたブレイクスルーを示す。
Outline of Annual Research Achievements	本研究の目的は、従来から考えられている２つの方式であるガスダイバータ（固体壁の表面にガスを噴射する方法）と液体ダイバータ（液体金属を用いる方法）で問題となる、一部の荷電粒子がガス領域を突き抜けてしまうことによる固体壁の重大な損傷の発生・液体の蒸発によるプラズマへの不純分の侵入によるプラズマの不安定化といった工学的課題を解決するため、両者の方法を統合し、世界初の「MHD効果を利用した４相連続型の革新的なダイバータシステム」の基盤研究を遂行することによって、合理的なダイバータの実現に向けたブレイクスルーを示すことである。本年度の研究実績は以下の通りである。１）昨年度度作成したはネオジム系の永久磁石とヨークを合せた磁気回路を有する一様磁場発生装置の周辺地場分布を測定し、解析結果との比較を行い、もれ磁場の値から実験スペースの確定を行った。２）東北大学金属材料研究所附属強磁場超伝導材料研究センターの超伝導マグネットを利用し、液体金属ガリンスタンを用いた閉流路における流動実験を実施し、流速計測のための実験を実施した。当初は、測定誤差が大きかったが、流動実験中の配線等の振動が原因であることなどが分かり、改善を行った結果、有用なデータが得られるのようになった。３）絶縁フィン・導電フィン・部分導電フィン・絶縁フィンを連続して配置し、非一様磁場下（超伝導マグネットのもれ磁場を利用）での流動実験を実施しMHD流動場を評価した。その結果、電磁力制御が可能であることが示されたが、当初の予想とは異なる流動が見られた。磁場分布の非一様性が影響しているものと考えられる。４）永久磁石を利用した一様磁場下での流動ループの設計を行い、製作を開始した。アンカーボルトの設置が終われば、実感が開始できる状況となっっている。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 液体金属自由表面流における流速分布を評価するための計測システムについては、当初は、測定誤差が大きかったが、流動実験中の配線等の振動が原因であることなどが分かり、改善を行った結果、有用なデータが得られるのようになり、自由表面流中に各種フィンを設置して流動制御特性も得る実験を行うことができた。一様磁場中での流動実験についても、アンカーボルトの設置が終わり次第実験が開始可能な状況であり、ほぼ、予定通りの進捗状況である。以上を踏まえるとおおむね順調に進展していると言える。
Strategy for Future Research Activity	アンカーボルトの設置を大至急行い、実験を開始する予定である。その他の課題については、申請書の従って、実施する予定である。