改質CFC材を用いたダイバータ板の熱・粒子の制御に関する基礎実験および解析

改性CFC材料偏滤器热量和颗粒控制的基础实验与分析

• 批准号: 09780463
• 负责人: 藤田 一郎
• 金额: $ 1.28万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1997
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1997 至 1998
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-09780463/
• 关键词: 高熱流束機器; ダイバータ板; ボロン転化CFC; シリコン転化CFC; 有限要素法解析; 熱伝達相関式

本研究では、ダイバータ部の熱負荷および粒子負荷によるダイバータ板の損耗とそれに対するプラズマへの影響について解析を行い、実機において適用可能なダイバータの構造および性能についての考察を行うことを目的としている。第一年目として、ダイバータ板の冷却構造および除熱特性について考察した。銅のヒートシンク材と炭素繊維複合材(CFC材)を冶金的に接合したダイバータモックアップを作成した。CFC材の表面をボロン化およびシリコン化した転化CFC材、シリコン転化CFC材を用いたモックアップも作製した。まず、これらの熱特性を評価した。同じ熱負荷に対して、ボロン転化CFC材を用いたダイバータ接合体の表面温度が最も高く、改質を行わないCFC材を用いた接合体のものが最も低かった。これは、CFC材の熱伝導率に対応している。また、照射促進昇華を抑制するという観点からCFC材の表面温度が1000℃に達する熱流速を評価すると、ボロン転化CFC接合体が約8MW/m^2、シリコン転化CFC接合体が約10MW/m^2、改質を行っていないCFC接合体が約11MW/m^2であった。熱負荷にさらされたダイバータ接合体の改質CFC材の表面近傍のボロンあるいはシリコン濃度は、各々約600℃、800℃以上に表面温度が上昇した場合に減少傾向が見られた。しかしながら、ごく表面層にとどまり、接合体全体の熱伝導特性に劣化は見られなかった。また、既存の熱伝達率相関式を用いて、有限要素法解析をおこなった。実験を行った接合体の熱伝達率は、荒木(JAERI)等によって提唱されている片面加熱条件下での相関式が適していることを見いだした。

这项研究旨在分析由于分流器部分的热载荷和颗粒载荷及其对等离子体的影响，并考虑可以应用于实际机器的分流器的结构和性能，因此分析了分流板的磨损和效果。在第一年，我们讨论了分流板的冷却结构和去除量的特性。通过冶金量连接铜散热器材料和碳纤维复合材料（CFC材料）创建了一个分流器的样本。还准备了使用转换后的CFC材料的模型，这些材料已通过CFC材料表面转换为硼化和硅硅，还制备了硅转换的CFC材料。首先，评估了这些热性能。对于相同的热载荷，使用硼转化的CFC材料的分流接头的表面温度具有最高的表面温度，而使用CFC材料的关节没有修饰的最低。这对应于CFC材料的导热率。 Furthermore, from the viewpoint of suppressing irradiation-accelerated sublimation, when the heat flow rate at which the surface temperature of the CFC material reaches 1000° C. was evaluated, and the boron-converted CFC junction was about 8 MW/m^2, silicon-converted CFC junction was about 10 MW/m^2, and the unmodified CFC junction was about 11 mw/m^2。当表面温度分别升高至约600°C和800°C时，观察到暴露于热载的转化器连接的表面附近的硼或硅浓度。但是，表面层仅保留在表面层上，并且在整个键的导热率中未观察到恶化。此外，使用现有的传热系数相关方程进行有限元分析。发现实验中进行的关节的传热系数适用于Araki（Jaeri）等单方面加热条件下的相关公式。