核融合プラズマ燃料供給のための固体水素ペレット生成射出装置の高耐久化

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 13358006
• Research Institution: National Institute for Fusion Science
• Principal Investigator: 山田 弘司 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 助教授 (20200735)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 須藤 滋 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (50142302) ; 坂本 隆一 核融合科学研究所, 助手 (10290917) ; 三戸 利行 核融合科学研究所, 大型ヘリカル研究部, 教授 (10166069) ; 小田 泰嗣 三菱重工業, 神戸造船所, 主任(研究職)
• Keywords: 固体水素 / 射出成形 / GM冷凍機 / 定常運転 / 核融合 / 燃料供給

Research Abstract

平成13年度は4年計画の初年度に当り、研究目的を達成するための工学的な問題を整理し、構造設計を進めるための基礎データを収集する準備を行った。必要とされる高純度水素ガスの連続冷凍固化にあたり熱特性とガス利用効率を理解するためのテストスタンドを設計した。骨子としては冷却の安定性と信頼性を確保するため液体ヘリウムのような冷媒を用いず、GMサイクル冷凍機を採用したこと、水素の固化と柱状への加工にはスクリュー式の連続冷却と射出成形技術を取り入れた。特にGMサイクル冷凍機の採用によって、冷却、加温、クライオスタット真空開放などにかける手間と時間を節約できることが開発研究にとってもメリットとなると考えられる。技術検討により、4Kにおいて3Wの冷却能力を持つGMサイクル冷凍機を2台用いることによって15mg/sの室温気体水素からの固体水素生成が見込めことが分かった。これらの基本設計を元に製作設計と要素機器の購入を行った。テストスタンドにおける実験は平成14年度半ばから開始できる予定である。この仕様として、固体水素生成率のほか、室温からの冷却開始後6時間で固体水素生成を可能とすること、連続稼動時間を1000秒として原理的には稼動時間を制限するものを排除すること、ペレットへの加工は10Hzを目標とすること、射出されるペレットの速度は150m/sから500m/sの間で可変とすること、ペレット射出に必要な加速ガスは2Pam^3以下とすることを決めた。平成14年度は基本的な連続固体水素の射出成形に加えて上記の仕様を満足できるよう要素開発を進める。