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2015 年度 実績報告書

超熱伝導ダイバータの高熱流束エネルギー移行現象

研究課題

研究課題/領域番号 25289339
研究機関京都大学

研究代表者

小西 哲之  京都大学, エネルギー理工学研究所, 教授 (40354568)

研究分担者 山本 靖  関西大学, 工学部, 教授 (50158309)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワードダイバータ / 熱輸送 / 銅合金 / 水中爆接 / 低温冶金
研究実績の概要

昨年度までの成果に基づき、薄肉構造体のタングステン―銅水中爆接試験体、相変化熱輸送を伴うヒートシンク体を試作し、繰り返し短パルスによる熱負荷をレーザーパルスによって模擬することによって総合的な核融合炉ダイバータとしての熱輸送特性、健全性などから技術的な成立可能性を評価した。
特に27年度は、総合的な熱輸送と、ELMによる単パルス繰り返しの熱負荷の吸収には、全熱輸送経路の中で薄肉ターゲット体でもタングステン直下のヒートシンクにおける熱的機械的緩衝効果が最も重要であることを見出したことから、新たに低温粉末冶金(メカニカルアロイング)と低温圧延による先進的銅合金材を製作してその熱移送特性を評価した。その結果、従来困難であると思われていた銅合金、特にCuCrZrについて、強度と延性が同時に向上すること、また耐照射性についても、原型炉で想定される範囲で悪影響は見られない見込みを得た。これにより、単パルスの繰り返しによる局所的な熱負荷と温度勾配、応力集中は薄肉タングステン直下に先進銅合金により慣性的に吸収することで全体として10MW/m2の平均熱流束を受けることが可能であることを示した。さらにそこで平均化された熱流束を液体熱媒体の相変化により、ヒートパイプ原理を応用して小温度差で輸送できる。
以上の成果を総合すると、核融合炉ダイバータで、特に熱利用までを考慮した場合は、高温において小さな温度差で平均10MW/m2レベルの熱流束を熱利用系まで輸送する、という一連のエネルギー移行現象の理解に基づいて経路を設計し、それに適した材料と構造が必要であることが結論される。またそのための構造として、タングステンの水中爆接による薄肉ターゲット、低温冶金による先進銅合金、相変化を利用した熱輸送系により、これらの要求をすべて満たす、きわめて大きな熱輸送性能を持つダイバータに見通しが得られた。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額が生じた理由

27年度が最終年度であるため、記入しない。

次年度使用額の使用計画

27年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (3件)

すべて 2015

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件)

  • [雑誌論文] Overview of Fusion Engineering in Japan2015

    • 著者名/発表者名
      H. Hashizume, T. Nishitani, S. Konishi, Y. Ueda, S. Fukada, A. Sagara
    • 雑誌名

      Fusion Science and Technology

      巻: 68(2) ページ: 201-210

    • DOI

      http://www.ans.org/pubs/journals/fst/a_37478

    • 査読あり
  • [学会発表] Study on the Integrity of Full Tungsten Divertor under ELMs2015

    • 著者名/発表者名
      Hyoseong Gwon, Shinzaburo Matsuda, Ryuta Kasada, Satoshi Konishi
    • 学会等名
      The 12th International Symposium on Fusion Nuclear Technology (ISFNT-12)
    • 発表場所
      Jeju,Republic of Korea
    • 年月日
      2015-09-14 – 2015-09-18
    • 国際学会
  • [学会発表] Study on Tungsten-Copper Coating Formed by Underwater Explosive Welding for Plasma Facing Material2015

    • 著者名/発表者名
      Kosuke Aoki, Ryosuke Ochiai, Hyoseong Gwon, Ryuta Kasada, Satoshi Konishi, Yasuhiro Morizono, Kazuyuki Hokamoto
    • 学会等名
      The 12th International Symposium on Fusion Nuclear Technology (ISFNT-12)
    • 発表場所
      Jeju,Republic of Korea
    • 年月日
      2015-09-14 – 2015-09-18
    • 国際学会

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公開日: 2017-01-06  

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