プラズマディスラプション時の第一壁の挙動に関する研究

成分の異なる多くのステンレス綱試験片にNBI、MPDアークジェットなどを用いて瞬時光熱負荷を加え、溶融・再凝固後の表面性状を調べた。硫黄や酸素、窒素は表面を凹凸に、カルシウム、チタン、アルミは平滑にすることが分かった。凝固き裂はフェライトを生じる綱では生じにくいが、PCAでは生じない。PCAにおいても不純物濃度の調整でき裂を生じにくくすることは可能である。溶融層に電磁力を負荷したときの飛散りは、電磁力、熱負荷の大きさの他、綱の成分、クロムやシリコンの量によっても変わり、表面張力の差のためと考えられた。さらに再凝固層の破壊強度と残存寿命への影響を調べたところ、静的強度は低下させない(塑性崩壊基準が成立)ことが分かった。疲労限度は若干低下する。これに最も影響するのは、き裂密度でなく疲労破壊の起点となるき裂の寸法である。本研究で得られたデータに基づき、損傷および疲労き裂進展シミュレーションにより残存寿命が定量的に評価できる。レーザー照射実験では高速度写真により金属の溶融挙動を観察した。また溶融層内対流の発達挙動を解析した結果、温度勾配の大きい端部の固液界面近くで冷たい固層の影響で下向き流れを生じることが原因となり強い渦状の流れを生じることなどが分かった。さらにディスラプション時に第一壁に流れる渦電流及びそれによって生じる電磁力の解析のため、三次元渦電流解析コードを開発した。また、FELIX(Fusion Electromagnetic Induction Experiments)及びTEAM(Testing Electromagnetic Analysis Methods)モデルを製作し、その三次元磁束及び渦電流分布の実測を行い、計算結果と比較することにより、新しく開発した解析コードの妥当性を検討した。

成分の異なる多くのステンレス綱試験片にNBI、MPDアークジェットなどを用いて瞬時光熱負荷を加え、溶融・再凝固後の表面性状を調べた。硫黄や酸素、窒素は表面を凹凸に、カルシウム、チタン、アルミは平滑にすることが分かった。凝固き裂はフェライトを生じる綱では生じにくいが、PCAでは生じない。PCAにおいても不純物濃度の調整でき裂を生じにくくすることは可能である。溶融層に電磁力を負荷したときの飛散りは、電磁力、熱負荷の大きさの他、綱の成分、クロムやシリコンの量によっても変わり、表面張力の差のためと考えられた。さらに再凝固層の破壊強度と残存寿命への影響を調べたところ、静的強度は低下させない(塑性崩壊基準が成立)ことが分かった。疲労限度は若干低下する。これに最も影響するのは、き裂密度でなく疲労破壊の起点となるき裂の寸法である。本研究で得られたデータに基づき、損傷および疲労き裂進展シミュレーションにより残存寿命が定量的に評価できる。レーザー照射実験では高速度写真により金属の溶融挙動を観察した。また溶融層内対流の発達挙動を解析した結果、温度勾配の大きい端部の固液界面近くで冷たい固層の影響で下向き流れを生じることが原因となり強い渦状の流れを生じることなどが分かった。さらにディスラプション時に第一壁に流れる渦電流及びそれによって生じる電磁力の解析のため、三次元渦電流解析コードを開発した。また、FELIX(Fusion Electromagnetic Induction Experiments)及びTEAM(Testing Electromagnetic Analysis Methods)モデルを製作し、その三次元磁束及び渦電流分布の実測を行い、計算結果と比較することにより、新しく開発した解析コードの妥当性を検討した。