ホットニュース:核融合研究者がITER設計の調整を推奨

カバーされている。研究者は、高温に耐えなければならないダイバータとして知られている排気システムであるITERのこの重要な部分を炭素の代わりにタングステンでコーティングすることを推奨しています。

ITER核融合炉プロジェクトの科学顧問は、技術的なリスクを増大させる可能性のある設計のいくつかの重要な変更を推奨しているが、余剰エネルギーを生み出す道筋も滑らかにしている。 ITERの科学技術諮問委員会(STAC)によって先週行われた勧告は、11月に全ITER理事会の承認を受けなければならない。しかし、ITERの閉じ込めとモデリング部門の責任者であるAlberto Loarteは、予想通りに承認されれば、「後で驚きの可能性が減ります。 "リスクは報われるだろう"

国際的な協力によってフランスに建設されているITERは、太陽の力である核融合を地球上で制御してエネルギーを生み出すことができることを示すことを目指しています。しかし、その目標を達成するには、水素ガスを1億5千万℃以上に加熱して、水素原子核が融合するのに十分な力で叩くことが必要です。これを行うために、研究者たちは、磁場を非常に強く使って、イオン化したガスやプラズマを閉じ込めるトカマクと呼ばれる巨大なドーナツ型の容器を造っています。 ITERの目標は、プラズマを加熱して50MWの電力の10倍の500メガワット(MW)の熱を発生させることである。この乗算効果はゲイン10として知られています。

STAC会議で決定された最も重要な変化は、トカマク船の基盤にあるダイバータと呼ばれる構造に関するものである。その主な機能は、融合反応の「排気」ガスであるヘリウムを除去することである。ダイバータは、スーパーショットプラズマが実際に固体表面に接触する唯一の部分であるため、1平方メートルあたり10MWの巨大な熱を吸収することができなければならない。

既存の計画では、炭素の外層を有するITERの最初のダイバータを作る必要がある。これは安全な選択肢です:カーボンはトカマクのインテリアでよく実証されています。それは容易に温度に耐えることができます。プラズマに吹き飛ばされても性能にはあまり影響しません。しかし、炭素の問題は、それが幸福に水素と反応し、原子をその構造に結合させることである。これは、ITER運転の初期段階において、研究者が機械内で単純な水素またはヘリウムを使用してそれがどのように働くかを計画しているときには問題ではない。しかし、炭素コーティングは、重水素と水素の重水素とトリチウムの反応性の高い混合物である実際の核融合燃料に切り替える予定の後期段階で大きな問題になる可能性があります。トリチウムは放射性であるため、慎重に管理し、説明する必要がある。原子力規制当局は、トリチウムを吸収するダイバータ材料を受け入れないため、見つけられない。

この問題に対処するために、企画者は、炭素コーティングされたダイバータで数年間運転し、次にタングステン製のものに切り替えることを提案していました。タングステンはあらゆる金属の最高融点を有する:3422℃。それは、通常の安定したITER操作中に発生した熱に耐えるためには問題ありません。しかし予期しない熱の爆発がダイバータを潜在的に溶かす可能性があり、タングステンは炭素と違ってプラズマを瞬間的に腐食し、溶融を止める。 ITERの運営者は、プラズマが不安定になる可能性のある限界に押し込むのではなく、タングステンダイバータで原子炉をはるかに慎重に運転しなければならないだろう。

タングステンのこの欠点にもかかわらず、STACは、ITERを最初からタングステンダイバータで構築することを推奨している。 「簡単な決断ではなかった」とマドリッドのスペイン国営核融合研究所所長、ホアキン・サンチェスSTAC議長は言う。この決定は、他のトカマク研究所、特にサイズとデザインにおいてITERに最も近い機械であるイギリスのCulhamにあるJoint European Torus(JET)での長年の研究の後に行われました。数年前、JETの研究者は、リアクターにタングステンダイバータとベリリウムライニング(ITERのように)を再装備しました。 テストの1年後 彼らは、この "ITERのような壁"がITERの問題を引き起こさないように十分に機能していることを確認しました。

ある融合研究者は、よく理解されたカーボンダイバータを用いてITERを始動させる方が安全であると考えているが、タングステンから始まる高性能を求めて原子炉を極限まで押し上げることもできるという利点もある。ダイバータを変更することは、何ヶ月もかかる複雑なプロセスです。さらに、重水素 - トリチウム燃料による操作が開始されると、容器の内部が放射性(または「活性化」)になり、内部構成要素を改質することが非常に困難になる。 「タングステンから始めれば、コストの削減につながります」とSánchez氏は言います。 「タングステンはもっと難しいだろうが、非活性化段階で早期に学習を始め、問題があれば人々を内部に送り込んで修正することができる」と語った。

他の設計変更は、プラズマの制御を微調整するために原子炉容器内に挿入される2つの別個の磁気コイルに関する。 ITERの主なプラズマ閉じ込め磁石は船の外にあり、鈍器のようなものとして機能する。約5年前、研究者らは、オペレータがプラズマの垂直位置を安定に保つのが難しく、内部に余分な磁気コイルを提案したという事実を強調しました。

研究者らは、垂直安定性に加えて、エッジ局在化モード(edge-localized modes、ELMs)と呼ばれる超短時間核融合プラズマにおける厄介な現象に対処するための内部コイルの第2セットの設置を提案した。 ELMは、溶融中にプラズマ中にエネルギーが蓄積した後に予期せずエッジから破裂し、潜在的にライニングまたはダイバータに損傷を与える場合に発生します。第2の組のコイルは、磁場を展開してプラズマの表面を粗面化するので、不規則なバーストではなく一定の速度でエネルギーを漏れる。

船内のものは極端な熱、放射能、磁力を受けているので、研究者はSTACにこれらの2組のコイルが生き残るために十分な弾力性を持たせることができるよう説得しなければならなかった。 「インストールの技術的な問題のために、STACとITER組織には躊躇していました」とLoarte氏は言います。世界中の他のラボでの実験は、それらを安心させました。 「得られた結果は非常に肯定的でした」と彼は言います。

STACはまた、ITERのコンポーネントの納品スケジュールを精査しました。当初の計画では、2020年にITERが完了したときに、暖房システム、機器、ELM軽減などのすべてが求められていましたが、遅れていたために後で到着することがありました。 「[重水素 - トリチウム運転の実現]と一貫性のある論理でスケジュールをやり直す必要がありました。以前は一致していなかったし、それが批判につながった」とローター氏は言う。 「今、私たちは組織的な部分をしなければならない。それは単純ではない。

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