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| 日本トーラス60 | |
|---|---|
| デバイスタイプ | トカマク |
| 位置 | 茨城県那珂市 |
| 所属 | 日本原子力研究開発機構 |
| 技術仕様 | |
| 主半径 | 3.4メートル（11フィート） |
| マイナー半径 | 1.0 m (3 フィート 3 インチ) |
| 血漿量 | 90 平方メートル |
| 磁場 | 4 T (40,000 G) (トロイダル) |
| 放電期間 | 65 秒 |
| 歴史 | |
| 運営年数 | 1985–2010 |
| 先行 | JFT-2M |
| 後継者 | JT-60SA |
| 関連デバイス | 国際 |
| リンク | |
| Webサイト | www.qst.go.jp/site/jt60-english/ |
| 日本 Torus-60 スーパーアドバンス | |
|---|---|
| デバイスタイプ | トカマク |
| 位置 | 茨城県那珂市 |
| 所属 | QST + F4E |
| 技術仕様 | |
| 放電期間 | 100秒 |
| 歴史 | |
| 建設日 | 2013 - 2020 |
| 運営年数 | 2023年～現在 |
| 先行 | JT-60U |
| 関連デバイス | イーター |
| リンク | |
| Webサイト | www.jt60sa.org/wp/ |
JT-60 （ Japan Torus-60の略）は、日本の量子科学技術研究所の核融合エネルギー部門の旗艦施設である大型研究用トカマクである。2023年現在、この装置はJT-60SAとして知られており、世界最大の稼働中の超伝導トカマクであり[1] 、欧州連合と日本が共同で茨城県那珂市に建設・運用している。[2] [3] SAは超先進トカマクの略で、D字型のプラズマ断面、超伝導コイル、アクティブフィードバック制御などを含む。
2018年現在、 JT-60は核融合トリプル生成物[アップデート]の最高値の記録を保持しています。1.77 × 10 28 K · s ·m −3 =1.53 × 10 21 keV ·s·m −3。[4] [5]現在までに、JT-60は史上最も高温のイオン温度（5億2200万℃）の世界記録を保持しており、この記録は1996年にプリンストンのTFTR装置 で達成されたものである。[6]
オリジナルデザイン
JT-60 は、世界の主要国が核融合に関心を寄せていた 1970 年代に初めて設計されました。特に米国、英国、日本は、1968 年にソ連の T-3 が優れた性能を示したことに刺激を受け、この分野をさらに発展させようとしました。1956年以来核分裂研究に専念してきた日本原子力研究所(JAERI) は、核融合に力を注ぎました。
JT-60は1985年4月8日に運用を開始し[7]、その直前に運用を開始したTFTRやJETと同様に、予想をはるかに下回る性能を示した。
その後20年間、JETとJT-60は、これらの装置に当初期待されていた性能を取り戻すための取り組みを主導しました。この間、JT-60は1991年3月にJT-60U（「アップグレード」の略）という大きな改造を受けました。 [8]この変更により、プラズマ性能が大幅に向上しました。
JT-60U（アップグレード）
JT-60Uのアップグレードの主な目的は、「ブレークイーブン条件付近でのエネルギー閉じ込め、非誘導電流駆動、重水素プラズマによる燃焼プラズマ物理を調査すること」でした。これを実現するために、ポロイダル磁場コイルと真空容器が交換されました。建設は1989年11月に始まり、1991年3月に完了しました。[9]運用は7月に開始されました。[10]
1996年10月31日、JT-60UはQ DT eq = 1.05の係数で外挿損益分岐点を達成しました。2.8 MA。言い換えれば、均質な重水素燃料を理論的に重水素と三重水素の 1:1 混合物に置き換えた場合、核融合反応は反応を開始するために使用されたエネルギーの 1.05 倍のエネルギー出力を生み出すことになります。JT-60U は、多大なコストと安全上のリスクを追加するため、三重水素を利用できるようには装備されていません。
1997年2月、粒子と不純物をより効果的に制御するために、ダイバータを開放型から半閉鎖型W型に改造する作業が開始され、5月に完了した。[11] [12] [13] ITERのヘリウム排気をシミュレートする実験は、改造されたダイバータですぐに実施され、大きな成功を収めた。1998年、この改造により、JT-60Uは、外挿核融合エネルギー利得係数Q DT eq = 1.25を達成した。2.6 MA . [14] [15] [16]
1998年12月、1994年に開始された真空ポンプシステムの改修が完了した。具体的には、オイルベアリング付きターボ分子ポンプ12台とオイルシール式ロータリー真空ポンプ4台が、磁気浮上式ターボ分子ポンプとドライ真空ポンプに交換された。この改修により、15年間使用されていたシステムの液体窒素の消費量が3分の2に削減された。[17]
2003年度には、JT-60Uのプラズマ放電持続時間を15秒から65秒[ 18]
2005年には、磁場構造を修正し、高速イオンの損失を減らすために、真空容器内にフェライト鋼（強磁性体）タイルが設置されました。[19] [20] JAEAは、強力なトロイダル磁場内でプラズマを保持する能力を向上させた新しい部品をJT-60に使用しました。
2007年から2008年にかけて、ペデスタル領域のプラズマ圧力を制御し、燃料がプラズマの自己組織化構造に与える影響を評価するために、超音速 分子ビーム入射（SMBI）システムがJT-60Uに設置されました。このシステムの設計は、カダラッシュ、CEA、JAEAの共同作業でした。[21]
JT-60Uは2008年8月29日に運用を終了した。[22]
JT-60SA
JT-60SAはJT-60Uの後継機で、より広範なアプローチ協定で規定されているようにITERの衛星として運用されています。これは、最適化されたプラズマ構成を見つけ、主要な物理的問題に対処するために調整可能な柔軟なコンポーネントを備えた完全な超伝導トカマクです。 [23]組み立ては2013年1月に開始され、2020年3月に完了しました。2021年3月の統合試運転中に大規模な短絡が発生し、長時間の修理が必要になった後、2023年12月1日に稼働が宣言されました。その建設の総費用は、インフレ調整後約5億6,000万ユーロと見積もられています。[24]
JT-60SAの超伝導磁石システムは、重量約2,600ショートトン（2,400t）で、[25] D字型のニオブチタントロイダル磁場コイル18個、ニオブスズ中央ソレノイド、および平衡磁場コイル12個で構成されています。
歴史
超伝導コイルを利用した先進トカマクのアイデアは、1960年代初頭に遡ります。このアイデアは非常に有望に思えましたが、問題がないわけではありませんでした。1972年1月頃、JAERIのエンジニアたちは、このアイデアをさらに研究し、その障害を解決しようとする取り組みを開始しました。[26]この取り組みは、JT-60の開発と並行して進められ、[27] 1983年から84年までに、独自の実験炉であるFER（核融合実験炉）を構成することが決定されました。[28]
しかし、1991年のJT-60Uのアップグレードにより、JT-60の施設と組み立て場所の大きな柔軟性が実証されたため、1993年1月までにFERはJT-60Uの改造として指定され、JT-60SU（スーパーアップグレード）と改名されました。[29]
1996年1月、Nb3Al複合線の超伝導特性とその製造方法を詳述した論文が第16回国際極低温工学/材料会議誌に掲載されました。[30]エンジニアは、 JT-60SUの18個のトロイダルコイルにおけるアルミナイドの使用可能性を評価しました。 [31]
改修の設計と意図は、2007年2月に日本と欧州原子力共同体の間でより広範なアプローチ協定が締結されるまで、その後10年間にわたって変化しました。[32]この協定では、衛星トカマクプログラムがJT-60SAの明確で定義された目標を設定しました。それは、小規模なITERとして機能することです。このようにして、JT-60SAは、将来、本格的な原子炉を組み立てて運転するエンジニアに事後的な洞察を与えることができました。
JT-60は解体され、2010年までにニオブチタン超伝導コイルを追加してJT-60SAにアップグレードされる予定だった。[4] [33] JT60SAはITERと同じ形状のプラズマで動作できるように意図されていた。[33] : 3.1.3 中央ソレノイドはニオブスズを使用するように設計された（より高い（9 T）磁場のため）。[33] : 3.3.1
組み立て
トカマクの建設は、2013年1月28日にスペインのアビレスから75日間の長い旅を経て輸送されたクライオスタットベースの組み立てから正式に始まりました。[a]このイベントは地元や全国のニュースで大々的に報道され、10のメディア組織の記者が直接それを目撃することができました。[34]
真空容器の組み立ては 2014 年 5 月に開始されました。真空容器は、異なる弧(20°x1、30°x2、40°x7) を持つ 10 個のセクターとして製造され、順番に設置する必要がありました。2014 年 6 月 4 日に 10 個のセクターのうち 2 個が設置されました。2014 年 11 月には 7 個のセクターが設置されました。2015 年 1 月には 9 個のセクターが設置されました。
建設は2020年まで続けられ、最初のプラズマは2020年9月に予定されていました。 [35]組み立ては2020年3月30日に完了し、[36] 2021年3月には25.7kAの電流で設計通りのトロイダル磁場に正常に到達しました。[37]
短絡
2021年3月9日、平衡磁場コイル1号機（EF1）のコイル通電試験中に、コイル電流が急激に増加し、その後突然横ばいになった。原子炉はその後数分で安全に停止し、その間にクライオスタット内の圧力は10 × 10 −3 Paから7000 Pa。直ちに調査が行われました。
「EF1 フィーダー インシデント」として知られるようになったこのインシデントは、クエンチ検出ワイヤの導体出口の絶縁が不十分だったために生じた大きな短絡が原因であることが判明しました。発生したアークによってEF1 のシェルが損傷し、クライオスタットへのヘリウム漏れが発生しました。
合計90箇所で修理が必要となり、機械のセンサーの配線をやり直す必要があった。しかし、複雑なJT-60SAは極めて精密に設計・組み立てられていたため、機械へのアクセスが制限されることもあった。プラズマ操作のさらなる遅延のリスクが問題をさらに複雑にした。[38]
JT-60SAチームは、機械が稼働に近づいていたことを考えると、この事故に失望したが、粘り強く作業を続けた。
2023年5月に修理が完了し、運用の準備が始まりました。[39]
現在の業務
JT-60SAは2023年10月23日に最初のプラズマを達成し、2024年時点で世界最大の稼働中の超伝導トカマクとなる。[1]この原子炉は2023年12月1日に稼働開始が宣言された。[40]
仕様
（60はJT-60、60UはJT-60U、60SAはJT-60SAを表します） （「60SA I」はJT-60SAの初期/統合研究フェーズ、「60SA II」は延長研究フェーズを表します）
注記
参考文献
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粒子制御性向上のため、ダイバータを当初のオープンタイプからW字型セミクローズドタイプに改修する工事が1997年2月に開始された。
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粒子制御性向上のため、ダイバータを当初のオープンタイプからW字型セミクローズドタイプに改造する工事が1997年5月に完了した。
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3.1.3 マシンパラメータ：JT-60SAの鳥瞰図を図I.3.1-1に示します。JT-60SAの一般的なパラメータを表I.3.1-1に示します。最大プラズマ電流は、比較的低アスペクト比のプラズマ（Rp=3.06 m、A=2.65、κ95=1.76、δ95=0.45）で5.5 MA、ITER形状のプラズマ（Rp=3.15 m、A=3.1、κ95=1.69、δ95=0.36）で3.5 MAです。 100 秒のフラットトップ持続時間を持つ誘導運転は、40 Wb の利用可能な総フラックススイング内で可能になります。加熱および電流駆動システムは、34 MW の中性ビーム注入と 7 MW の ECRF を提供します。ダイバータターゲットは、長時間にわたって最大 15 MW/m2 の熱流束を処理できるように水冷されるように設計されています。年間中性子予算は 4x1021 個と予測されています。
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外部リンク
- JT-60SA（JT-60/JT-60U）公式サイト
- QSTの公式ウェブサイト
- JAEA（原研）公式サイト
- JAEA論文検索システム
- Fusion for Energyの公式ウェブサイト
