先進的原型炉を目指した経済的球状トカマク核融合炉設計

针对先进原型反应堆的经济型球形托卡马克聚变反应堆设计

• 批准号: 12J01756
• 负责人: 魏 啓為
• 金额: $ 1.73万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J01756/
• 关键词: 核融合; 球状トカマク; 炉設計; プラズマ合体法; プラズマ合体

本研究の目的は、球状トカマク（ST）の核融合発電炉としての再評価である。1990年代に提案されたこれまでのST炉（ARIES-ST、STPP）は、先進的なSTの特徴を最大限活用した概念となっており、極めて挑戦的な炉工学（常電導トロイダル磁場コイル、センターソレノイドコイル無し、高中性子壁負荷）を用いた実現性の乏しい設計となっている。そこで本研究では先進的なSTプラズマと既存のトカマク炉設計の炉工学を用い、一区切りした大型ST実験を踏まえた現実的なST炉の再評価を行った。新たに導出したブートストラップ電流割合モデルを用いて、システムコードによる全ての超電導ST核融合炉が包括されるような広範囲スキャンを行った。実現可能なトカマク核融合炉の制約条件を①発電炉プラズマ制約、②ブランケット制約、③ベータ限界制約、④閉じ込め達成制約、⑤ダイバータ熱負荷制約、として設定し、コストモデルを用いて発電コストを概算した。そこからブレークイーブン価格条件に加えてセクター引き抜き保守とトロイダルリップル計算を行うことで、最適な0Dシステム設計を導出した。0Dシステム設計を元に、自己無撞着な自由境界MHD平衡の計算を行い、MHD安定性解析（バルーニングモード、キンクモード）から、プラズマの崩壊につながるような不安定性の回避が可能であることを確認した。さらに、プラズマランプアップシナリオを検討した。本研究の成果をまとめると、①新しい超電導球状トカマク核融合発電炉概念の提案、②球状トカマク炉設計のための物理・工学モデル、実験データベースの整理、③一般的なトカマク炉設計に適用可能な最適設計点決定アルゴリズムの提案、④球状トカマク炉のMHD平衡、非誘導ランプアップシナリオの設計・検討、⑤球状トカマク炉に向けたCS-free立ち上げシナリオ、合体立ち上げ実験、となる。

The purpose of this study is to reevaluate the nuclear fusion process of spherical crystals (ST). In the 1990s, the ST furnace (ARIES-ST, STPP) was proposed to maximize the use of advanced ST characteristics. The concept of extreme furnace engineering (constant conductivity, magnetic field, high temperature and high temperature wall load) was introduced. This study was conducted on the re-evaluation of the advanced ST furnace design and its application in the design of large-scale ST furnace. The new technology is based on the principle of "electric current separation,""electric current separation," and "electric current separation." It is possible to realize the restriction conditions of nuclear fusion furnace: ① development of furnace temperature restriction, ② development of furnace temperature restriction, ③ boundary restriction, ④ closure of furnace temperature restriction, ④ development of furnace temperature restriction, ② development of furnace temperature restriction. In addition, the optimal design is derived from the calculation of the optimal design. 0D system design elements, their own collision-free state MHD equilibrium calculation, MHD stability analysis ( This is the first time I've ever seen a girl. The results of this research include: (1) a proposal for the concept of a new superconducting spherical furnace;(2) a physical and engineering design for a spherical furnace;(3) a proposal for determining the optimum possible design point for a general spherical furnace design;(4) a design for MHD equilibrium and non-induced spherical furnace; ⑤球状トカマク炉に向けたCS-free立ち上げシナリオ、合体立ち上げ実験、となる。

项目成果

合体立ち上げを用いた球状トカマク型DEMO核融合炉のプラズマ物理設計

采用聚结启动的球形托卡马克型 DEMO 聚变反应堆的等离子体物理设计

• 发表时间: 2012
• 作者: Yu Kigoshi;Fuminori Tsuruta;Tomoki Chiba;瀬戸川 剛;Keii Gi;Yu Kigoshi;瀬戸川 剛;魏 啓為;瀬戸川 剛;Keii Gi;瀬戸川 剛;魏 啓為
• 通讯作者: 魏 啓為

球状トカマク核融合炉に向けた合体立ち上げ研究

球形托卡马克聚变反应堆联合启动研究

• 发表时间: 2013
• 作者: Y. Kigoshi;T. Fukuda;T. Endo;F. Tsuruta;T. Chiba;瀬戸川 剛;魏 啓為
• 通讯作者: 魏 啓為

Non-inductive Merging Start-up Experiment of Spherical Tokamak

球形托卡马克无感并合启动实验

• 发表时间: 2013
• 作者: Yu Kigoshi;Fuminori Tsuruta;Tomoki Chiba;Keii Gi
• 通讯作者: Keii Gi

システムコードのためのブートストラップ電流割合の簡易スケーリング式

系统代码引导电流百分比的简单缩放公式

• 发表时间: 2013
• 作者: Yu Kigoshi;Fuminori Tsuruta;Tomoki Chiba;瀬戸川 剛;Keii Gi;Yu Kigoshi;瀬戸川 剛;魏 啓為
• 通讯作者: 魏 啓為

Design Windows and Economic Acceptability of the 3GW Low Aspect Ratio Tokamak Power Plant with Superconducting Coils

3GW小展弦比超导线圈托卡马克电站的设计窗口和经济可接受性

• 发表时间: 2014
• 作者: K. Gi;Y. Ono;M. Nakamura;and K. Tobita
• 通讯作者: and K. Tobita