ヘリウム3燃料核融合のための直接エネルギー変換の研究

1996 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 08558052
• Section: 試験
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 八坂 保能 京都大学, 工学研究科, 助教授 (30109037)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 百田 弘 京都大学, 核融合科学研究所, 教授 (10023714) ; 久保 寔 京都大学, 工学研究科, 助手 (80089127) ; 石川 本雄 京都大学, 工学研究科, 助教授 (90109067)
• Keywords: 核融合 / ヘリウム3 / 直接エネルギー変換 / プロトンビーム / 高周波進行波 / カスプ磁場

Research Abstract

本研究は、ヘリウム3燃料核融合反応出力を直接電気エネルギーに変換する新しい方式である進行波型直接エネルギー変換を実験的に原理実証することを目的としている。本年度は、核融合エネルギー担体である高エネルギープロトンを模擬するイオンビーム源、7MHzの高周波電圧による速度変調器、および高周波進行波を印加した減速電極系より構成される直接エネルギー変換実験装置を試作し、低エネルギーにおいて原理検証実験を行うとともに、核融合炉を想定したシミュレーション研究を行った。実験においては、数keVのイオンビームに対し、速度変調パラメータを種々変化させてビームの集群度を測定し、理論解析とほぼ一致する結果を得た。カスケード可変遅延回路よりなる伝送線路の各ノードに減速電極を接続した減速電極系において、入射する集群したイオンビームが静電誘導により誘起する電圧を測定し、イオンビームの速度と伝送線路の位相速度が一致するときに誘起電圧が各ノードで最大になることを確認した。次に、伝送線路に高周波進行波を励起してイオンビームをこの進行波と相互作用させ、相互作用前後の分布関数を実測した結果、入射ビームの疎密波が進行波の減速位相に乗るとき、分布関数の低エネルギー側へのシフトが観測され、進行波型直接エネルギー変換の機構が原理的に実証された。シミュレーション研究においては、進行波型直接エネルギー変換装置の基礎設計と動作解析に関して、進行波を誘起できる外部電気回路を設計し、外部電気回路の動作とイオンの運動、装置内の電位分布を同時に解析できる時間依存1次元解析コードを開発した。その結果、グリッド電圧1MVの条件で変換率70%以上を得た。さらに、グリッドとイオンとの衝突を考慮した時間依存2次元コードも開発し、グリッド電圧1.4MVの条件で変換率56%を得た。

Research Products

• [Publications] Y.Yasaka: "Basic Experiment on Traveling Wave Direct Energy Converter" Proc.Int.Workshop on Physics Bases for D-^3He Fusion. (to be published). (1997)
• [Publications] M.Ishikawa: "Basic Numerical Simulation of TWDEC for a D-^3He Fusion Reactor" Proc.Int.Workshop on Physics Bases for D-^3He Fusion. (to be published). (1997)