| Project/Area Number |
21H04449
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 14:Plasma science and related fields
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| Research Institution | Sendai National College of Technology (2025)
Tohoku University (2021-2024) |
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Principal Investigator |
橋爪 秀利 仙台高等専門学校, その他, 校長 (80198663)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2025)
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| Budget Amount *help |
¥33,280,000 (Direct Cost: ¥25,600,000、Indirect Cost: ¥7,680,000)
Fiscal Year 2025: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
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)
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| Keywords | MHD流れ / 核融合炉ダイバータ / MHD流れの制御 / ダイバータ / 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 |
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| 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。
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| 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）永久磁石を利用した一様磁場発生装置と液体金属ガリンスタンの流動ループを用いて、0.85 Tの一様磁場下での液体金属自由表面流中に導電フィン、絶縁フィン、部分導電フィン、部分絶縁フィンをそれぞれ設置した際の流動場を電位プローブを用いた計測法であるLEVI法によって評価した。また、自由表面の変形を考慮しないMHD解析（数値解析）結果と実験結果を比較した結果、定量的に一致しない部分はあるものの、おおむね似た傾向となることが示された。さらに自由表面の変形を考慮したMHD解析を行うために自由表面流解析とMHD解析の連成解析法の構築を試み、フィンを配置しない体系での検証を一部完了した。
２）ダイバータ領域の高度利用に関する検討として、高レベル廃棄物に含まれるマイナーアクチノイド (MA) 核種の核変換の有効性を数値解析により評価した。核融合炉出力1 GWの核融合炉におけるプラズマ対向機器のおおよそ4%の領域をMAの核変換として割り当てることで、原子炉5基から年間当たりに生成されるMAを核変換できることを明らかとした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
昨年度時点で永久磁石を利用した一様磁場下での液体金属ガリンスタン流動ループの整備を行い、目標とする流速が得られていなかったために、ループの改良が必要という状況であった。本年度はこのループの改良を予定通り実施し、規定の実験ができる環境の整備が完了した。本装置を用いて、一様磁場下での液体金属ガリンスタンの自由表面流中に各種フィンを置いた実験を予定通り実施しており、また、数値計算手法についても自由表面流解析とMHD解析を連成する手法の構築に着手できている。この解析手法の構築が完了すれば、実験と数値解析の両面から液体金属の攪拌機構とその最適化に見通しが立つ状態となっている。
さらに、本年度は本課題で構想する核融合炉ダイバータ領域の高度利用に関する検討として、MA各種の核変換の有効性を数値解析で示しており、本課題をさらに広い視点で発展させるような成果も得られている。
以上のことからおおむね順調に進展していると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
一様磁場発生装置を用いて、液体金属ガリンスタンの自由表面流に各種フィンを複数配置した場合の液体金属攪拌効果を実験的に検証する。また、自由表面の変形を考慮したMHD解析手法の高精度化および上記実験体系での流動場解析を実施し、実験結果と比較することで、液体金属攪拌効果の最適化を行う。さらに液体金属流の下部から気泡を導入するための装置検討を行い、気泡導入による導電率変化が流動場に与える影響を実験・数値計算の両面から検証する。
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