核融合炉の熱・物質変換システムにおける複合相関性に関する研究

本研究は核融合炉の熱・物質変換機能を担う液体金属ブランケット内部における、熱・物質輸送・流れ場・磁場・非一様体積発熱に起因する浮力の共時的な複合相関性を研究対象としており、複合熱流動現象という多現象連成物理の解明と数理モデリングをとおして液体金属ブランケット設計に寄与することを目的にしている。本研究では固体増殖材では問題となる照射損傷がなく、冷却材と兼ねることも可能であり高い熱変換効率が期待できるとともに、ブランケット構造を簡素化できる利点がある液体金属のリチウム鉛を研究対象に取り上げた。本年度に共同研究機関である米国カリフォルニア大学ロサンゼルス校に溶融リチウム鉛閉流路の設置を完了し、定常運転を実現した。本研究課題で開発を行ってきた高温超音波ドップラー流速計測系を閉流路に設置していたが、物理・化学特性が不明な点も未だ多いリチウム鉛を扱っているため正常な測定を本年度内に終了できず、計測上の問題抽出を行った。また強磁場環境下の溶融リチウム鉛流動の数値解析を実施して、高温超音波ドップラー流速計測用の超音波送受器がMHD流動に与える擾乱について評価を行い、高温超音波ドップラー流速計測と比較する数値解析データベースを構築した。本研究課題で開発を行った溶融リチウム鉛の高温超音波ドップラー流速計測法は、現在に至るまで唯一のリチウム鉛に適用可能な流速分布計測手法であり、核融合炉工学分野において先駆的研究である。本研究課題終了後も高温超音波ドップラー流速計測に引き続き従事し、強磁場下のリチウム鉛流速度分布計測手法を確立・高度化を行う予定である。

本研究は核融合炉の熱・物質変換機能を担う液体金属ブランケット内部における、熱・物質輸送・流れ場・磁場・非一様体積発熱に起因する浮力の共時的な複合相関性を研究対象としており、複合熱流動現象という多現象連成物理の解明と数理モデリングをとおして液体金属ブランケット設計に寄与することを目的にしている。本研究では固体増殖材では問題となる照射損傷がなく、冷却材と兼ねることも可能であり高い熱変換効率が期待できるとともに、ブランケット構造を簡素化できる利点がある液体金属のリチウム鉛を研究対象に取り上げた。本年度に共同研究機関である米国カリフォルニア大学ロサンゼルス校に溶融リチウム鉛閉流路の設置を完了し、定常運転を実現した。本研究課題で開発を行ってきた高温超音波ドップラー流速計測系を閉流路に設置していたが、物理・化学特性が不明な点も未だ多いリチウム鉛を扱っているため正常な測定を本年度内に終了できず、計測上の問題抽出を行った。また強磁場環境下の溶融リチウム鉛流動の数値解析を実施して、高温超音波ドップラー流速計測用の超音波送受器がMHD流動に与える擾乱について評価を行い、高温超音波ドップラー流速計測と比較する数値解析データベースを構築した。本研究課題で開発を行った溶融リチウム鉛の高温超音波ドップラー流速計測法は、現在に至るまで唯一のリチウム鉛に適用可能な流速分布計測手法であり、核融合炉工学分野において先駆的研究である。本研究課題終了後も高温超音波ドップラー流速計測に引き続き従事し、強磁場下のリチウム鉛流速度分布計測手法を確立・高度化を行う予定である。