磁場閉じ込め核融合炉の液体金属沸騰冷却に関する基礎的研究

1990 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 02808039
• Research Institution: Tokyo Institute of Technology
• Principal Investigator: 高橋 実 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 助手 (90171529)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 有冨 正憲 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 助教授 (60101002) ; 井上 晃 東京工業大学, 原子炉工学研究所, 教授 (20016851)
• Keywords: 核融合炉 / 液体金属 / 沸騰 / MHD / 磁場 / 気泡 / 伝熱 / ブランケット

Research Abstract

核融合炉ブランケットの液体金属沸騰冷却の基礎研究として、水銀のプ-ル核沸騰の気泡特性に対する磁場の影響を2針電極ブロ-ブを用いて調べた。
実験では、内径60mm、高さ460mmのSUS316製立て置き円筒容器に蒸留水銀を50mmの液位まで入れ、400μmアルミナ粉吹付けにより表面粗さを一様にした下部水平ヒ-タ-で一様加熱することにより飽和沸騰を起した。最高0.8テスラの水平磁場を与え、内部に挿入したガラス被覆2針電極プロ-ブを用いて沸騰気泡特性を検出した。プロ-ブの探針径0.2mm、2針間距離1.3または1.9mmとし、先端をヒ-タ表面から2.5mmの位置に固定した。気液信号を高速ディジタル収録し、約2000個以上の気泡の平均から気相時間、気泡界面の上昇速度、気泡寸法、気泡発生頻度を求めた。実験条件は、圧力0.026、0.1MPa、最大熱流束250kW/m^2である。
磁場下の従来の気泡成長理論によれば、気泡は磁場方向に伸び、抗力の増加のため離脱気泡サイズを増加させる可能性があったが、実験結果によると離脱気泡サイズと気泡形状は磁場によって大きな影響を受けなかった。
むしろ磁場の影響は、気泡サイクル周波数の増加に顕著に現れ、特に磁場の増加と共に待ち時間が顕著に減少した。
この原因を待ち時間の解析により検討した結果、磁場により発泡点の周りの自然対流熱伝達が減少し、温度が高まった周囲から発泡点へ向かう固体壁内の伝導伝熱の増加するため、気泡離脱後より速く次の発泡開始条件に到達し、待ち時間が減少することがわかった。
さらに、超伝導磁石によるより強い磁場下の実験の準備を進めた。