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2016年10月13日 (13:44)

核融合科学研究所が研究成果を発表【核融合発電の実現に向け】

核融合科学研究所(土岐市下石町、竹入康彦所長)は、
①「高速粒子によるプラズマの振動を解明
─新しいシミュレーション手法を開発─」と、
②「液体金属シャワーを用いた核融合炉
─高性能受熱装置を新たに考察─」の2件について、
研究成果を発表した。
なお、この2件を含む、約40件の研究成果について、
10月17日(月曜日)から、京都市で開かれる、
「第26回国際原子力機関(IAEA)
核融合エネルギー会議」の席上でも、発表する予定。
研究成果の概要については、次の通り。
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04DSC_9404.jpg05DSC_9408.jpg06DSC_9410.jpg
①【高速粒子によるプラズマの振動を解明
─新しいシミュレーション手法を開発─】

◎発表者=藤堂泰教授
(核融合理論シミュレーション研究系)

核融合発電を行うためには、
重水素と三重水素を、高温のプラズマ状態にし、
核融合反応を起こす、必要がある。
核融合反応によって、
アルファ粒子(ヘリウムイオン)が発生するが、
このアルファ粒子は、プラズマを加熱し、
高温状態を保持する、役割を担っている。
一方、プラズマは、
「磁気流体」とも呼ばれており、振動する。
このプラズマの振動周期と、
プラズマの内部を、高速で周回する粒子の周期が、
一致すると、共鳴し、振動の振幅が大きくなる。
振動が増大すると、高速で周回している粒子が、
プラズマの外へと飛び出してしまい、
核融合炉の性能を、低下させてしまう。
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10DSC_9422.jpg11DSC_9425.jpg12DSC_9426.jpg
これまでは、高速粒子の動きと、
プラズマの様子は、別々に計算していた。
今回、新たに、
同時にシミュレーションできるプログラム、
「ハイブリッド・シミュレーション」を開発。
これにより、高速粒子の動きと、
プラズマの振動との相互作用を、解明するに至った。
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16DSC_9438.jpg17DSC_9440.jpg18DSC_9443.jpg
②【液体金属シャワーを用いた核融合炉
─高性能受熱装置を新たに考察─】

◎発表者=宮澤順一教授
(核融合システム研究系)

磁場閉じ込め型の核融合炉では、
高温のプラズマを、磁力線によって、
閉じ込め容器から浮かせた状態で、保持する。
しかし、閉じ込め容器の一部には、
必ず、プラズマが当たる場所ができてしまう。
そこで、プラズマの熱を受け止めるために、
「ダイバータ」という受熱装置を配置する。
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22DSC_9457_20161013121406085.jpg23DSC_9451.jpg24DSC_9458.jpg
現在のダイバータ(受熱装置)は、
カーボンやタングステンなどの板またはブロック
(核融研の大型ヘリカル装置《LHD》は、
カーボンのタイル)に、プラズマを当て、
それらを水で冷却する仕組みを、採用している。
しかし、この「固体ダイバータ」では、
高温プラズマを当てると、損耗し、
頻繁なメンテナンスを、必要としていた。
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28DSC_9469.jpg29DSC_9471.jpg30DSC_9523.jpg
今回、新たな方式として、
液体金属の細い流れ(噴流)を、
シャワー状に並べたものを、
高温プラズマの縁部に当てることで、
プラズマが、閉じ込め容器に到達する前に、
中性ガス化させ、排気するという、
「液体金属シャワーダイバータシステム」を、構築した。
液体金属には、低融点金属の中でも、特に低蒸気圧で、
安価かつ安全性にも優れている、「スズ」を採用した。
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34DSC_9504.jpg35DSC_9516.jpg36DSC_9519_20161013121729f84.jpg
液体金属シャワーダイバータには、
長さ約4メートルの安定した、噴流が必要。
しかし、噴流は、重力で加速され、
径が細くなるにつれて、滴になったり、
飛沫(ひまつ)が発生したりする。
そこで、噴流の内部に、流れの抵抗となる物体
(ワイヤ・テープ・チェーン状の物)を入れ、
噴流を安定化させることに、成功した。
抵抗には、テープ状のシリコンカーバイト
(炭素のひも)が、適しているとのこと。
また、内部に抵抗があると、
噴流の高温部分と低温部分が、
撹拌(かくはん)されるため、最大温度が下がり、
液体金属の蒸発を、抑える効果もある。
噴流となった液体金属は、ポンプで循環させる。
液体金属は、プラズマからの熱を帯びているため、
その熱を、発電に利用することもできる。
なお、この技術については、
現在、特許出願中とのこと。
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