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

2002 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: 個体水素ペレット / 射出成形 / GM冷凍機 / 連続運転 / 核融合 / 燃料供給

Research Abstract

平成13年度に行った基本設計に基づいた定常的な連続水素固化を行う部分の要素開発試験が成功し、これをまとめた方法について4月に特許出願を行った。テストスタンドを製作し、要素開発を組み合わせての基本的な総合試験を進めた。冷凍は2台のGM冷凍機(4.2Kで3W)用いて行い、室温からの冷却開始後、4時間で10K以下の必要な語句低温を得ることができた。また、後述する水素の連続固化と射出成形による負荷にも対応が可能であった。固化した水素を棒状の射出成形する引き出し部分については実際のプラズマ実験への応用を展望して、対象を大型ヘリカル装置で得られる高温プラズマに対応するものとして、直径を25mmとした。この時、15mg/秒の連続固化に成功し、射出成形については35mm/sの引き出しを得ることができた。温度範囲は水素(軽水素)に対して10.2Kから11.3Kが最適であり、11.8Kを越えると固体ペレットの質が顕著に劣化することが観測された。最大引き出し速度で1000秒間の運転を試みたが、この間の温度上昇を1K以下に抑えることが可能であり、冷却能力と制御性が確認された。この引き出された棒状の固体水素を切断し、ペレットを作成する駆動機構を製作した。最大11Hzまでの繰り返しで良好なペレットを製作することができ、10Hzで1000秒間、すなわち1万個のペレット製作について信頼性は99%を超えることを実証した。これらのペレットは連続的に加速ガスによって射出される。現在までに得られた健全なペレットの速度は400m/sから550m/sである。今後、加速ガス圧および射出バルブの開度の調整により、この速度の制御範囲をより低速から高速まで広げることが課題である。また、連続運転の繰り返しの際に射出されずに残った固体水素が熱伝達や真空度に悪影響を及ぼしており、この解決を今後図っていく。

Research Products

• [Publications] H.Yamada, R.Sakamoto, I.Viniar, Y.Oda et al.: "Repetitive Fueling Pellet injection in Large Helical Device"Fusion Engineering and Design. 61(予定). (2003)