ペブルダイバータにおける被覆粒子によるヘリウム及び水素吸蔵・放出特性

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13308024
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 西川 雅弘 大阪大学, 大学院・工学研究科, 教授 (50029287)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大塚 裕介 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助手 (70294048) ; 上田 良夫 大阪大学, 大学院・工学研究科, 助教授 (30193816)
• Keywords: 黒鉛材 / 高粒子束ビーム / 過渡吸蔵 / ベブルダイバータ

Research Abstract

本研究ではペブルダイバータの最適な脱ガス再生方法を評価するために実験,及び,シミュレーションにより、水素、及び、ヘリウムの吸蔵・放出特性を理解すること、および、ペブル落下装置を開発し、それを用いて排気実証実験を行なうことが本研究の目的であり、今年度は以下の様な研究を行なった。
高粒子束ビーム照射後の過渡的なガス放出を測定するための装置を製作し、実際のペブルの表層に用いることが考えられているCVDによって蒸着された熱分解黒鉛を試料に用いて、高粒子束ビーム照射を行ない、照射直後のヘリウム吸蔵量、及び、残留ヘリウム吸蔵量について測定した。そして、この二つの吸蔵量の差を脱ガス時に得られるヘリウム排気量と考えた。そして照射時最高温度保持プロセスにおけるペブルダイバータのヘリウム排気量についてエネルギー依存性、照射温度依存性そしてフラックス依存性を評価した。
ヘリウム吸蔵実験より、照射温度依存性に関しては、照射直後の温度が473K、573K、673Kと上がるに従って、照射直後のヘリウム吸蔵量は減少していった。また、残留ヘリウム吸蔵量に関しても、脱ガス温度が上がるにしたがって、残留ヘリウム吸蔵量が減少していった。また、エネルギー依存性に関しては、より高いエネルギーで試料に打ち込まれた場合の方が、同じ温度条件においては、吸蔵量が増加することがわかった。そして、フラックス依存性に関しては、この実験で用いた1.6x10^<19>/m^2sec〜1.5xl0^<20>/m^2secの間では、吸蔵量に関して大きな変化はなかった。実験結果より照射時最高温度保持プロセスにおけるヘリウム排気量を見積もり、定常トカマク炉として考えられているARIES-ATのヘリウム発生量と比較したところ、照射温度673Kにおいても十分に排気が可能であることがわかった。
今後、より実際の核融合環境に近い、ヘリウム・水素の混合環境下での黒鉛材料のヘリウム・水素の吸蔵特性について調べ、昨年度におこなったペブル落下実験の成果とあわせて、ペブルダイバータの排気実証実験をおこなうことにしている。

Research Products

• [Publications] M.Nishikawa: "Pebble divertor concept for high power density fusion reactors"Fusion engineering and design. 65. 375-379 (2003)
• [Publications] K.Matsuhiro, T.Okui, M.Nishikawa: "Pumping effect of pebble divertor"Fusion engineering and design. 65. 433-437 (2003)
• [Publications] T.Okui, K.Matsuhiro, M.Nishikawa: "Estimation of multi-layer pebble flow in pebble divertor"Fusion engineering and design. 65. 439-442 (2003)
• [Publications] T.Okui, K.Matsuhiro, M.Nishikawa: "Performance characteristic of pebble flow for pebble divertor"Fusion engineering and design. 61-62. 203-208 (2003)