革新的ピストンを用いた2段ガス加速方式による固体水素ペレット入射の高速度化研究

2016 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 15K18307
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 本島 厳 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (00509507)
• Project Period (FY): 2015-04-01 – 2018-03-31
• Keywords: 2段ガス加速 / 固体水素ペレット / アイスピストン

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、核融合燃料供給法の一つである固体水素氷粒ペレット入射法において、 「アイスピストン」を用いたこれまでにない2段ガス加速方式を提案し、開発を行うものである。 その目的は、入射速度の高速化ならびに高繰り返し運転が可能な信頼性の向上である。 本研究によりペレット入射を高速度化し、プラズマ実験に供することにより、核融合炉に向けてペレット燃料吸収過程を精度よく予測、外挿することが可能となる。

今年度の実績として、アイスピストンを駆動するための大流量の高速射出弁を製作した。
アイスピストンの材質としてアルゴンを選択し、サイズを20 mmの円筒形と仮定した場合、アイスピストンの加速に必要な加速ガス流量は約4000 Pa m3であり、その流量を満たす高速射出弁を製作した。アイスピストンの加速ガスはヘリウムとし、最大使用ガス圧力Pを4-8 MPaに設定した。また圧力上昇度dP/dtは13-27 MPa/msとしたほか、最大圧力への到達時間が約0.3 msとなるようにした。製作後の高速射出弁のガス流量試験を行い、上記の仕様を満たしていることがわかった。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

大流量の高速射出弁の製作には海外のメーカーを通して行われた。その際、仕様に関する議論に時間を費やしたほか、製作日数も当初予定していたよりも時間を要したため、進捗はやや遅れている。
しかしながら、射出試験のための制御系および冷凍機などのユーティリティの準備は進捗しており、平成２９年度はアイスピストンの駆動試験を行うほか、アイスピストンの射出試験を行い、加速ガスの高圧縮性を検証する予定である。

Strategy for Future Research Activity

アイスピストンを射出するための大流量高速射出弁の製作が完了したので、今後アイスピストンの冷却システムを構築し、射出試験を行う。具体的に、アイスピストンの生成には冷凍機を用いることにしており、冷凍機システムはすでに準備がなされている状況である。その他ガス操作に必要なバルブ類、排気系システムの目処も立っており、今後はアイスピストンの駆動試験が可能になるように試験体制を強化する。駆動試験が終了した後は、加速ガスの圧縮性を確認し、個体水素ペレットの高速化を実現する。

Causes of Carryover

射出試験に必要な低圧バルブの使用選定に時間を要し、当該年度での購入には至らなかった。

Expenditure Plan for Carryover Budget

上記、低圧バルブなど消耗品も含めて次年度に購入予定である。

Research Products

• [Journal Article] 中型プラズマ実験装置用ペレット入射のためのテーパ構造を有する射出バレル (2016)
  • Author(s): G. Motojima R. Sakamoto H. Okada, K. Nagasaki, H. Yamada, Y. Nakamura, S. Kado, S. Kobayashi, S. Konoshima, T. Minami, S. Ohshima, S. Yamamoto, T. Mizuuchi, and T. Mutoh,
  • Journal Title: REVIEW OF SCIENTIFIC INSTRUMENTS Volume: 87 Pages: 103503
  • DOI: 10.1063/1.4964476
  • Peer Reviewed