Study of fuel hydrogen circulation control with carbon pump

碳泵燃料氢循环控制研究

• 批准号: 21H04456
• 负责人: 花田 和明
• 金额: $ 27.12万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04456/
• 关键词: 燃料粒子循環; 核融合炉; 炭素ポンプ; 第一原理計算; 分子動力学; 水素リサイクリング; 高速試料搬送装置; アモルファス炭素; 再堆積層

研究は、 １）分子動力学（MD）による素過程計算と基礎実験的検証、２）炭素ポンプの開発、３）既設高速試料搬送装置 （FESTA）による微量炭素ドープによる炭素循環評価、４）炭素ポンプの回収効率評価、５）実機による炭素・水素粒子循環制御実験のステップで進める.1)についてMD計算のベースとなるアモルファス炭素を第一原理計算で計算機上で構築することに成功した。再堆積層の物理モデルは存在しないためアモルファス炭素で計算を行うこととした。また、構築したアモルファス炭素内に水素をどのように配置するかについては実験時にプラズマ着火前に行う水素ガス導入時を想定することとした。基礎実験装置は、装置の設計・製作・組み上げはほぼ完了した。また、運転用の電源や排気ポンプの設置も行ったので、あとはプラズマ着火を行う段階にある。2)についてはペルチェ素子を用いた炭素回収用の冷却パネルの設計が終了した。３）についてはFESTAでプラズマ暴露したステンレス316L試料からの動的吸蔵の計測に成功した。プラズマ放電中にプラズマ暴露試料を計測チャンバーに引き抜いて封じ切ることで試料からの放出ガスを計測することに成功した。1000秒間の同一の放電に3回連続で暴露することにも成功し、暴露回数が増えることで水素ガスの放出束が増えることを確認した。これは試料内部に吸蔵された水素原子の量に水素リサイクリングが依存することを示している。試料からの動的吸蔵が評価できたことで、再堆積層の影響を定量評価することが可能となり、炭素ドープがリサイクリングに与える影響を定量評価することが可能となることが期待される。

研究通过步骤1）使用分子动力学（MD）和基本实验验证计算基本过程，2）碳泵的发展，3）使用现有的高速样品传输设备（Festa）（4）碳恢复效率评估以及5）使用碳和氢循环的设备的碳回收效率评估的碳循环评估，4）使用第一个原理计算在计算机上成功构建。由于没有重新沉积层的物理模型，因此使用无定形碳进行计算。此外，在实验中假定将氢放置在构造的无定形碳中的方法是在引入血浆点火之前引入氢气时引入的。基本的实验设备几乎完成了设备的设计，制造和组装。此外，已经安装了电源和排气泵进行操作，因此其余的位于进行等离子体点火的阶段。关于2），已经完成了使用Peltier元素进行碳回收的冷却面板的设计。关于3），我们成功地测量了使用Festa暴露于等离子体的316升不锈钢样品的动态存储。在血浆放电期间，将暴露的样品拉出到测量室并密封，从而成功地测量了从样品中释放的气体。我们还连续三次成功暴露于相同的排放量1000秒，并确认暴露数量增加了氢气的释放通量。这表明氢回收取决于样品中存储的氢原子的量。从样品中评估动态存储的能力使得可以定量评估重新沉积层的效果，并且可以定量评估碳掺杂对回收的影响。

项目成果

原型炉におけるプラズマ対向壁の燃料インベントリー評価と再結合係数の影響

DEMO反应堆等离子体面壁燃料存量评估及复合系数影响

• 发表时间: 2021
• 作者: 浅井晋一郎;藤原美幸;山神光平;黒田健太;近藤猛;岡田佳憲;伊藤晋一;益田隆嗣;大宅諒,星野一生,朝倉伸幸,坂本宜照,花田和明
• 通讯作者: 大宅諒,星野一生,朝倉伸幸,坂本宜照,花田和明

Control of fuel paticle balance with the wall temperature modification and particle compression in the hot wall on all-metal plasma facing wall in QUEST

通过 QUEST 中全金属等离子体表面壁上的壁温调节和热壁中的颗粒压缩来控制燃料颗粒平衡

• 发表时间: 2021
• 作者: K. Hanada;M. Hasegawa;N. Yoshida;H. Idei;et al.,
• 通讯作者: et al.,

Overview of recent progress on steady state operation of all-metal plasma facing wall device QUEST

• DOI: 10.1016/j.nme.2021.101013
• 发表时间: 2021-05
• 期刊: Nuclear materials and energy
• 影响因子: 2.6
• 作者: K. Hanada;N. Yoshida;M. Hasegawa;M. Oya;Y. Oya;I. Takagi;A. Hatayama;T. Shikama;H. Idei;Y. Nagashima;R. Ikezoe;T. Onchi;K. Kuroda;S. Kawasaki;A. Higashijima;T. Nagata;S. Shimabukuro;Katsumasa Nakamura;S. Murakami;Y. Takase;X. Gao;L. Huan;J. Qian

QUEST高温壁による水素リサイクリング制御技術の開発と長時間放電の実現

利用QUEST高温壁开发氢气回收控制技术并实现长期排放

• 发表时间: 2021
• 作者: Rikizo Ikuta;Masayo Yokota;Toshiki Kobayashi;Nobuyuki Imoto;Takashi Yamamoto;花田和明，長谷川真，吉田直亮
• 通讯作者: 花田和明，長谷川真，吉田直亮

プラズマ・核融合学会誌

等离子体与核聚变学会杂志

• 发表时间: 2000
• 作者: 堀岡一彦(分担)