高温超伝導体を使用したケーブル・イン・コンジット導体の核融合炉への応用

高温超导电缆套管导体在核聚变反应堆中的应用

• 批准号: 10780311
• 负责人: 高畑 一也
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: National Institute for Fusion Science
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1998
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1998 至 1999
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-10780311/
• 关键词: 高温超伝導体; ケーブル・イン・コンジット導体; 核融合炉; 液体窒素; 間接冷却法

高温超伝導体(HTS)は臨界温度が高く,特にBi2223は液体窒素温度でも応用が可能と期待されている。現在のところHTSマグネットの大型化・高磁場化が遅れているが,近い将来には実用段階に到達すると予想される。その時速やかに低温超伝導体からHTSに移行できるように,核融合炉についても応用可能性を検討しておくことが重要である。本研究では,大型ヘリカル装置(LHD)用に開発されたポロイダルコイルの超伝導体をNbTiからHTSに置き換えた場合を想定した冷却方法について検討を行った。LHDポロイダルコイルは,ケーブル・イン・コンジット型の導体を使用し,4.5Kの超臨界圧ヘリウムで強制循環冷却を行っている。この方式はコイル剛性が高く,現状では核融合炉への応用が最有力視されている。冷却方法としてヘリウム同様77Kの超臨界圧窒素を強制循環させる方法が考えられるが,窒素は臨界圧が3.4MPaと高いことから高圧ガス取り扱いの注意が必要となる。これに対しコイル表面に液体窒素を循環させ表面温度を77Kに保つ間接冷却方式は,これまでのコイルの構造を変更することなく容易に冷却することができる。核融合炉では,核発熱による定常的な発熱がコイル内部に存在する。間接冷却でこれを除熱できるかを,lmW/cm^3の内部発熱を想定し,1次元平板モデルで最大温度上昇を計算した。コイル内周面と外周面を液体窒素温度77Kに保持する。コイルの平均熱伝導率は,実験で測定した導体の断面方向熱伝導率と絶縁物の熱伝導との複合則から求めた。その結果,断面方向熱伝導に対し撚線部の寄与は大きく,低温で熱伝導の良いヘリウムガスを封入するとさらに熱伝導が向上することが分かった。大気圧のヘリウムを封入した計算では,温度上昇を2.9Kまで抑えることが可能であり,液体窒素間接冷却方式の応用可能性が高いことが分かった。

High Temperature Superconductor (HTS) has high critical temperature, especially Bi2223 has high liquid temperature. Now the HTS production is large and the magnetic field is high. In the near future, it will reach the stage of application. It is important to explore the possibility of nuclear fusion furnace application. In this paper, we propose a cooling method for large-scale liquid crystal devices (LHD). LHD is used for supercritical pressure and forced cyclic cooling. This method is very rigid, and the current situation is the most powerful view of nuclear fusion furnace. The cooling method is to reduce the supercritical pressure to 77K, and the stress cycle is to reduce the critical pressure to 3.4 MPa. The temperature of the surface is 77K, and the indirect cooling method is easy to change. Nuclear fusion furnace is a kind of nuclear fusion furnace. indirect cooling, internal heat dissipation of lmW/cm^3, maximum temperature rise of 1-dimensional plate The temperature of the liquid on the inner and outer peripheral surfaces is 77K. The average thermal conductivity of the conductor is determined by the thermal conductivity of the conductor in the cross-section direction and the thermal conductivity of the insulator is determined by the recombination method. As a result, the cross section direction of heat conduction is opposite to that of the twisted wire, and the low temperature heat conduction is good. The calculation of high pressure and high temperature increase is 2.9K. The possibility of indirect cooling of liquid is high.