高出力密度核融合炉の高熱負荷壁の熱構造システム

1989 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 01050007
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 宮 健三 東京大学, 工学部, 教授 (30011191)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 宮崎 慶次 大阪大学, 工学部, 教授 (40029202) ; 成合 英樹 筑波大学, 工学部, 教授 (70134210) ; 黒崎 晏夫 東京工業大学, 工学部, 教授 (70016442) ; 井上 晃 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 教授 (20016851) ; 戸田 三朗 東北大学, 工学部, 教授 (60005387)
• Keywords: 核融合炉 / 第一壁 / ダイバータ / リミター / ブランケット / 高熱負荷 / 熱構造解析 / 寿命評価 / ブラズマディスラプション

Research Abstract

高出力密度核融合炉の開発には、プラズマに面し最も過酷な条件下にある第一壁、ダイバータやリミター、及びブランケットに於ける冷却を高性能化し、さらに高熱負荷壁の熱構造解析法と寿命評価法を確立することが重要である。本特別研究(第5班、熱構造サブ班)に於いては、(1)第一壁、ブランケットの冷却の高性能化、(2)高熱負荷壁の高温強度、熱構造解析と壁材の欠陥、寿命評価、(3)高温熱構造の重要課題であるプラズマディスラプション時の第一壁挙動、について研究を行ってきた。本年度は、これまでの研究に加えて、第一壁構造の熱的評価・耐電磁力性、及び壁材・ブランケット材の高温強度・寿命に関しても、先の9年間の研究を補完する課題について研究を実施した。具体的には、
1.本研究は、これまで実施されてきた研究成果を総合し、以下の項目に集約した評価解析を行った。一部追加実験も実施した。
a.高出力密度核融合炉の各種冷却方式の選択とそれを応用した第一壁、ブランケットの熱構造について設計画からの評価の総括。
b.高熱負荷壁の高温熱構造解析手法、特に電磁力下の複合条件下に於ける評価法について検討を加え、現状の認識とともに今後の研究課題の摘出。
c.壁材の高温強度と寿命の評価方法について現状の総括。
2.さらにプラズマ・ディスラプション時の第一壁挙動を中心とする壁構造、電磁・熱構造ダイナミックス等の実験研究を重点的に推進、その成果を上述の熱構造の総括評価と関連させて評価・検討を行った。
3.1及び2で得られた成果をデータ・ベースの形に集約し、評価を加えて、その成果をまとめて印刷・公表した。
本研究による総括は、熱・構造にまたがる基礎研究をまとめたものであり、今後の核融合炉工学研究に重要な指針を与えることが期待できる。

Research Products

• [Publications] K.Miya: "Experiments and Numerical Analysis of Eddy Currents in the First Wall of a Fusion Reactor" IEEE Transactions on Magnetics. Mar.(1990)
• [Publications] T.Inoue: "Plasticivy-creep Behavior of 2 1/4Cr-1Mo Steel at 600℃ in Multiaxial Stress State" Proceedings of the 1989 ASME Pressure Vessels and Piping Conference. Vol.163. 101-107 (1989)
• [Publications] T.Inoue: "Fatigue-creep life Prediction of 2 1/4Cr-1Mo Steel at 600℃ in Multiaxial Stress State" Proceedings of the 1989 ASME Pressure Vessels and Piping Conference. PVP-Vol.163. 109-114 (1989)
• [Publications] T.Inoue: "A Unified Inelastic constitutive Equation in Trems of Anisotropic Yield Function" Transactions of the 10th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology. Vol.L. 1-6 (1989)
• [Publications] T.Inoue: "Benchmark Project on Inelastic Deformation and Life Prediction of 2 1/4Cr-Mo Steel under Multiaxial Stresses" Transactions of the 10th International Conference on Structural Mechanics in Reactor Technology. Vol.L. 141-152 (1989)
• [Publications] T.Inoue: "Fatigue-creep Life Prediction of 2 1/4Cr-1Mo Steel by Analysis Task(B)of the Benchmark Project by the Subcommittee on Inelastic Analysis and Life Prediction of High Temperature Materials" Nuclear Engineering and Design. 114. 311-321 (1989)
• [Publications] 清水昭比古: "ストカスティックモデルを用いた固気混相自由噴流の数値解析" 九州大学総合理工学研究科報告. 第12巻1号. (1990)
• [Publications] 清水昭比古: "固気混相衝突噴流による伝熱面のエロージョン" 九州大学総合理工学研究科報告. 第12巻1号. (1990)
• [Publications] Takehiko Yokomine: "Stochatic Simulation of Gas-Solid Supension Flows by Means of Reynolds Stress Turbulence Mldel" 3rd ASME-JSMA Thermal Engineering joint Conference. 17-22 (1991)
• [Publications] Akihiko Shimizu: "Experimentl Study on the Erosion Rate of Heat Transfer Surface Due to an lmpingement of Gas-Solid Suspension Jet" Journal of Nuclear Science and Technology. (1991)
• [Publications] S.Sato: "Neutron Irradiation Effects on Thermal Shock Resistanced and Fracture Toughness of Graphites as Plasma-Facing First Wall Components for Fusion Reactor Divices" Carbon. Vol.27. 507-516 (1989)
• [Publications] S.Sato: "Thermal Shock Resistance and Fractuee Toughnesses of Graphites and c/c Composites as Plasma-Facing First Wall Components for Fusion Reactor Devices" Fusion Engineering and Design. (1990)
• [Publications] T.Inoue: "Temperature and Viscoplactic Stresses during Vertical Semi-continuous Direct Chill Calting of Aluminum Alloy" Proceeding of the 3rd International Conference on Residual Stresses. 523-525 (1989)
• [Publications] H.Oikawa: "Prediction of long-term creep curves" Reology of Solids and the Earth. 42-56 (1989)
• [Publications] K.Maruyama: "An Examination of Constitutive Laws by High Temperature Creep of Engineering Materials" Proc.19th Canadian Fracture Conference on“Constitutive Laws of of Plactic Deformation and Fracture". No.20. 1-7 (1989)
• [Publications] K.Maruyama: "Long-term creep curve prediction based on the modified theta projection concept" Trans.ASME,J.Press.Vess.Technol.(1990)
• [Publications] K.Maruyama: "Creep mechanism change at athermal yield stress in particle strengthened materials" Proc.4th Intern.Conf.on Creep and Fracture of Engineering Materials and Structures. (1990)
• [Publications] K.Maruyama: "Prediction of long term creep curve and rupture life of 2.25Cr-1Mo Steel" ISIJ International. No.10. (1990)
• [Publications] S.Minagawa: "Transient coupled-thermoelastic problem of heat conduction in a one-dimensional multilayered composite plate" Computational Mechanics. (1990)
• [Publications] H.Nariai: "Critical Heat Flux of Subcooled Flow Boiling with Water" Proc.4th International Topical Meeting on Nuclear Reactor Thermal-Hydraulics. Vol.1. 115-120 (1989)
• [Publications] F.Inasaka: "Critical Heat Flux of Subcooled Flow Boiling in Tubes with Internal Twisted Tape" 3rd ASME-JSME Thermal Engineering Joint Conference. (1991)
• [Publications] K.Miyazaki: "MHD Pressure Drop along A Nak Flow around A Stepwise Change of Tube Diameter under A Transverse Magnetic Field" Fusion Eng.Design. Vol.8. 233-239 (1989)
• [Publications] H.Madarame: "Surface Ripple of Resolidified Stainless Steel after Disruption Load" submitted to Fusion Engineering and Design.
• [Publications] H.Madarame: "Numerical Simulation of Surface Tension-Induced Melt Layer Movement after Disruption Load" Fusion Engineering and Design,in Pregaration.
• [Publications] K.Miya: "Progress of Thermo-Mechanics in Fusion Reactor Technology" Elsevier, 200 (1990)