報告書番号

T96012

タイトル（和文）

高経済性トカマク核融合炉ＣＲＥＳＴ－１の基本プラズマパラメータの検討（高い経済性を有する新型核融合炉ＣＲＥＳＴ－１の概念設計）

タイトル（英文）

CONCEPTUAL DESIGN OF HIGHLY-ECONOMIC TOKAMAKREACTOR CREST-1

概要 （図表や脚注は「報告書全文」に掲載しております）

トカマク核融合炉のコストダウンは核融合の実用化のための重要なキーの一つである。我々は，経済性解析コードによるこれまでの解析結果から，以下のような結果を得ている：（１）もしトカマクの性能指標の一つである「トロヨン係数ベータＮ」が，現状の３程度から５ないし６まで改善されれば，トカマク核融合炉の発電原価（ＣＯＥ）はＩＴＥＲ（国際熱核融合実験炉）と同じ物理・技術基準で設計された核融合実用炉のおよそ半分にまで減少する。（２）コイルの最大磁場強度として１３テスラ程度を前提にすると，最適な設計値は，３＜Ｒ／ａ＜４のあたりにあらわれる（ここで，Ｒ／ａはプラズマのアスペクト比）。最近，幾つかのトカマク実験で観測されているリバースドシア配位と呼ばれる新しい運転モードは，ベータＮが５以上の小型で経済的なトカマクを実現する可能性を持っている。本研究では，ベータＮ＝５．５，Ｒ／ａ＝３．４の高ベータのリバースドシア配位をベースにした，そのような小型高経済性トカマク，名付けて，「ＣｏｍｐａｃｔＲＥｖｅｒｓｅｄＳｈｅａｒＴｏｋａｍａｋＣＲＥＳＴ－１」を提案する。最適化したＣＲＥＳＴ－１のパラメータは：主半径Ｒ＝５．４ｍ，最大トロイダル磁場Ｂｍａｘ＝１２．５テスラ（プラズマ中心では５．６テスラ），核融合熱出力Ｐｆ＝２．９３ＧＷ，その時の中性子壁負荷は５ＭＷ／平方ｍである。計算機シミュレーションの結果から，

概要 （英文）

REDUCING THE COST OF THE TOKAMAK FUSION REACTOR IS A KEY ISSUE FOR COMMERCIAL FUSION ENERGY. A PREVIOUS STUDY USINGA TOKAMAK REACTOR COST ANALYSIS CODE GAVE THE FOLLOWING RESULTS: (1) IF THE SO-CALLED TROYON COEFFICIENT BETA N, INCREASES TO 5 OR 6,THE COST OF ELECTRICITY (COE) HALVES IN COMPARISON TO CONVENTIONAL TOKAMAK DESIGNS. (2) WHEN THE MAXIMUM MAGNETIC FIELD,BMAX < 13 T,IS ASSUMED,THE OPTIMUM DESIGN APPEARS AROUND 3 < R/A < 4 (WHERE R/A IS PLASMA ASPECT RATIO). A REVERSED SHEAR CONFIGURATION, OBSERVED RECENTLY IN SEVERAL TOKAMAK EXPERIMENTS,MIGHT MAKE A COMPACT TOKAMAK POSSIBLE. THIS STUDY PROPOSES A COMPACT (LOW COST) COMMERCIAL REACTOR BASED ON THE REVERSED SHEAR HIGH BETA EQUILIBRIUM WITH BETA N = 5.5 AND R/A = 3.4,CALLED THE COMPACT REVERSED SHEAR TOKAMAK(CREST-1). THE OPTIMIZED PARAMETERS OF CREST-1 ARE: MAJOR RADIUS R = 5.4 M,MAXIMUM TOROIDAL FIELD BMAX = 12.5 T(5.6T AT PLASMA CENTER),FUSION POWER PF = 2.93 GW WITH 5 MW/SQUARE M IN NEUTRON WALL LOAD. NUMERICAL SIMULATION SHOWS THAT THE DANGEROUS INSTABILITY MODES IN THE PLASMA ARE ALL STABLE IN THE OPTIMIZED CREST EQUILIBRIUM,WHILE BETA N IS VERY HIGH. THE ASPECT RATIO OF CREST-1 IS CLOSE TO THAT OF ITER. THIS ENCOURAGES THE FEASIBILITY OF CREST.

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