Development of an innovative concept for reducing divertor heat load by recycling dust and deposition layers

2020 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16H04619
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Research Field: Nuclear fusion studies
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: Shoji Mamoru 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 准教授 (00280602)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: ダスト / ダイバータ / 熱負荷低減 / デタッチメント / 画像計測 / ボロン / 不純物粒子落下 / 周辺プラズマ

Outline of Final Research Achievements

The excessive heat load in the divertor area, where the high temperature plasma attaches to the vacuum wall, is a major concern which prevents realization of nuclear fusion power plants. For solving this issue, the reduction of the heat load was investigated using intrinsic dust particles which are composed of small carbon and metal grains in the vacuum vessel. Experiments for realizing the heat load reduction were performed using an impurity powder dropper (IPD) which were installed at an upper port of the Large Helical Device (LHD). Though it resulted in the successful reduction of the heat load in some divertor areas, the experiments revealed that the stable sustainment of plasma discharges is difficult. The experimental results indicate that the local supply of dust particles to the divertor areas can be effective for the stable sustainment of the plasma discharges.

Free Research Field

プラズマ物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究によって、ダストを利用した核融合炉内のダイバータ部の熱負荷低減の可能性を探ることができた。本研究によって、炉内で必然的に発生するダストがプラズマに及ぼす影響とその挙動を詳しく観測することに成功した。ダストをダイバータ部の熱負荷の低減に本格的に活用した事例は従来までなかったことから、本研究の当該分野に及ぼす学術的意義は非常に大きいと考えられる。また、本研究によって核融合炉内でのダストの挙動と、そのダイバータ部の熱負荷の低減効果、そのプラズマ放電の維持に与える功罪を明らかにすることができた。これらのことは核融合炉を早期に実現する上で有益な情報であり、その将来に及ぼす社会的意義は大きい。