核融合炉第一壁の寿命評価に関する研究

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1.序 トカマク核融合炉の機器の中で、第一壁構造物(第一壁,リミタ,ダイバータ)はとりわけ苛酷な環境下におかれる。従って、いかに長くその構造健全性を確保できる設計であるかが非常に重要である。一方、研究の現状は、第一壁構造物の寿命を定量的に評価するのは困難である。第一壁候補材の照射による材料強度やプラズマディスラプションに代表される異常運転時の諸現象に対する実験データが極めて不足している。ゆえに本研究では、プラズマディスラプションによって第一壁構造物に生ずる諸現象に着目し、設計に有用な資料を得ることを目的とした。2.研究の方法 模擬実験に用いた熱源はパルスプラズマ溶接機(4.5KW)及び炭酸ガスレーザー溶接機(1KW)を使用し、供試材はSUS316冷間材4【mm^t】及び8【mm^t】の2種類である。実験条件は(1)熱負荷【10^2】J/【cm^2】〜【10^4】J/【cm^2】,(2)時定数5msec〜300Mses,(3)ビーム径0.2【mm^Φ】〜3【mm^Φ】である。溶融深さは溶融断面のマクロ・ミクロ組織観察から、蒸発熱は直示分析天秤を用い重量差から求めた。また、供試材に歪ゲージ及び熱電対を取付け、溶融・凝固時の動的な歪及び温度分布の時間変化を求めた。さらに、有限要素法を用いて溶融・凝固時の弾塑性解析を行った。3.研究の成果(1)有限要素法による熱伝導溶融解析コード及び材料物性の温度依存性を考慮できる弾塑性解析コードを作成した。(2)解析と実験結果は、比較的良い一致を示し、溶融した領域の応力解析について評価できる。(3)熱負荷と溶融深さとの関係が求められ、溶融が生じる限界熱量は約200J/【cm^2】付近にある。