| 研究課題/領域番号 |
21H04449
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分14:プラズマ学およびその関連分野
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| 研究機関 | 仙台高等専門学校 (2025)
東北大学 (2021-2024) |
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研究代表者 |
橋爪 秀利 仙台高等専門学校, その他, 校長 (80198663)
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| 研究分担者 |
伊藤 悟 東北大学, 工学研究科, 准教授 (60422078)
遊佐 訓孝 東北大学, 工学研究科, 教授 (60466779)
宍戸 博紀 東北大学, 工学研究科, 助教 (90827792)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2025年度)
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| 配分額 *注記 |
33,280千円 (直接経費: 25,600千円、間接経費: 7,680千円)
2025年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2024年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2023年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2022年度: 6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2021年度: 10,010千円 (直接経費: 7,700千円、間接経費: 2,310千円)
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| キーワード | MHD流れ / 核融合炉ダイバータ / MHD流れの制御 / ダイバータ / 核融合炉 / ダイバーター / 液体ダイバータ / MHD効果 / ４相連続 / 液体ダイバーター |
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| 研究開始時の研究の概要 |
従来から考えられている２つの方式であるガスダイバータ（固体壁の表面にガスを噴射する方法）と液体ダイバータ（液体金属を用いる方法）で問題となる、一部の荷電粒子がガス領域を突き抜けてしまうことによる固体壁の重大な損傷の発生・液体の蒸発によるプラズマへの不純分の侵入によるプラズマの不安定化といった工学的課題を解決するため、両者の方法を統合し、世界初の「MHD効果を利用した４相連続型の革新的なダイバータシステム」の基盤研究を遂行することによって、合理的なダイバータの実現に向けたブレイクスルーを示す。
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、従来から考えられている２つの方式であるガスダイバータ（固体壁の表面にガスを噴射する方法）と液体ダイバータ（液体金属を用いる方法）で問題となる、一部の荷電粒子がガス領域を突き抜けてしまうことによる固体壁の重大な損傷の発生・液体の蒸発によるプラズマへの不純分の侵入によるプラズマの不安定化といった工学的課題を解決するため、両者の方法を統合し、世界初の「MHD効果を利用した４相連続型の革新的なダイバータシステム」の基盤研究を遂行することによって、合理的なダイバータの実現に向けたブレイクスルーを示すことである。本年度の研究実績は以下の通りである。
１）永久磁石を利用した一様磁場下での液体金属ガリンスタン流動ループの整備を行い、予備流動試験を行った。現状では目標とする流速を得るには至っていないため、ループの改良が必要である。また、磁場中での流動場を電位プローブを用いて評価するLEVI法のプローブ駆動システムの設計・製作を行い、液体金属自由表面流の流動場計測体系の整備を行った。
２）液体ダイバータの液体金属自由表面流と固体壁の熱交換促進のため、3次元接続エルボによって自己形成される旋回流を利用した沸騰伝熱冷却システムを固体壁側に適用することを検討した。当該システムを導入した銅製冷却流路を用いての沸騰伝熱実験を行ったところ、流路内に壊食が見られたが、伝熱面にNi-Pメッキを施すことでこれを防止することに成功した。Re = 10000の場合の実験結果によると、エルボ出口付近では自己形成旋回流は、通常の平滑管の発達流れよりも高い冷却性能を示したが、長手方向に直径の5～6倍程度の距離まで至ると両者は同等となった。長距離にわたる旋回流の維持や、エルボ配置間隔などの検討が今後必要である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
永久磁石を利用した一様磁場下での液体金属ガリンスタン流動ループの整備を行い、予備流動試験を実施たしたが、現状では目標とする流速を得るには至っていないため、ループの改良が必要となっている。また、磁場中での流動場を電位プローブを用いて評価するLEVI法のプローブ駆動システムの設計・製作を行い、液体金属自由表面流の流動場計測体系の整備が完了した。
さらに、液体ダイバータの液体金属自由表面流と固体壁の熱交換促進のため、3次元接続エルボによって自己形成される旋回流を利用した沸騰伝熱冷却システムを固体壁側に適用することを検討した。当該システムを導入した銅製冷却流路を用いての沸騰伝熱実験を行ったところ、流路内に壊食が見られたが、伝熱面にNi-Pメッキを施すことでこれを防止することに成功している。
以上のことから概ね順調に進展していると判断する。
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| 今後の研究の推進方策 |
前年度に引き続き、非一様な磁場条件下での実験を、強磁場センターのマグネットを利用しながら実施する。さらに、前年度、購入した核融合炉の磁場条件を模擬した一様な磁場発生装置と使用して、液体金属の流動実験ループを完成させ、ガリンスタンを作動流体とした実験を開始する。また、この磁場発生装置の磁場分布の詳細に解析と計測を外部に委託し、数値解析用のデータを取得し、MHD解析を開始する。さらに、液体金属流の下部から気泡を導入するための基礎実験装置の製作を開始する。
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