2014 Fiscal Year Annual Research Report
流動液体金属プラズマ対向機器による周辺粒子制御の実験的研究
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24360387
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| Research Institution | National Institute for Fusion Science |
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Principal Investigator |
廣岡 慶彦 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 教授 (60311213)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
芦川 直子 核融合科学研究所, ヘリカル研究部, 助教 (00353441)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 磁場閉じ込め核融合炉 / プラズマ対向機器 / ダイバーター / 水素リサイクリング / ヘリウムリサイクリング / 粒子制御 / リチウム / 液体金属 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究課題は、プラズマ対向機器（PFC）の表面材料として液体金属、特に、水素化物生成金属であるリチウムを用いた時の粒子制御能力とそれに及ぼす液体流動の効果を実験的に調査する事を目的とするものである。
ITERまでの閉じ込め装置では、タングステンがPFC表面材料として採用されている。しかし、タングステンのDBTT（延性脆性転移温度）は、～400℃と高いので、運転温度サイクル中にDBTTを経過するため材料の脆性破壊が起こりやすい。その点、液体金属には機械強度の問題はない。
一方、TFTRやNSTXのように、周辺密度制御の観点からPFC表面に固体・液体リチウムを利用して閉じ込め改善を図った例が散見される。NSTXでは、液体リチウムをダイバーター材料に採用したが、水素の表面飽和と不純物沈積により清浄表面が隠され、固体リチウムと同様の性能しか発揮できなかった。
本研究代表者は、液体金属表面を強制流動させる事で液体リチウムの清浄表面を維持し、周辺密度を低減維持する事を提言し、原理検証実験を行った。その結果、水素プラズマ照射下で液体リチウムからの水素リサイクリングは、一旦、定常状態に達するが、撹拌すると、リサイクリングが更に減少することが観測された。一方、ヘリウムプラズマ照射下で液体を撹拌すると、逆に、リサイクリングが助長されることが分かった。これは、水素・ヘリウムのリチウム中溶解度の温度依存性を考慮すると説明できる。即ち、水素は、温度が低いほど溶解度が高いので、撹拌により表面温度が下がると吸収が助長されリサイクリングが低減される。逆に、ヘリウムは、温度が高いほど溶解度が高いので、撹拌により表面温度が下がるとリサイクリングが助長される。これらの成果は、第3回リチウムの核融合装置への応用国際シンポジウム（2013）で発表された。
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| Research Progress Status |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Causes of Carryover |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
26年度が最終年度であるため、記入しない。
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