AbstractARIES-RS is a conceptual design study which has examined the potential of an advanced tokamak-based power plant to compete with future energy sources and play a significant role in the future energy market. The design is a 1000 MWe, DT-burning fusion power plant based on the reversed-shear tokamak mode of plasma operation, and using moderately advanced engineering concepts such as lithium-cooled vanadium-alloy plasma-facing components. A steady-state reversed shear tokamak currently appears to offer the best combination of good economic performance and physics credibility for a tokamak-based power plant. The ARIES-RS engineering design process emphasized the attainment of the top-level mission requirements developed in the early part of the study in a collaborative effort between the ARIES Team and representatives from U.S. electric utilities and industry. Major efforts were devoted to develop a credible configuration that allows rapid removal of full sectors followed by disassembly in the hot cells during plant operation. This was adopted as the only practical means to meet availability goals. Use of an electrically insulating coating for the self-cooled blanket and divertor provides a wide design window and simplified design. Optimization of the shield, which is one of the larger cost items, significantly reduced the power core cost by using ferritic steel where the power density and radiation levels are low. An additional saving is made by radial segmentation of the blanket, such that large segments can be reused. The overall tokamak configuration is described here, together with each of the major fusion power core components: the first-wall, blanket and shield; divertor; heating, current drive and fueling systems; and magnet systems.
ARIES-RSは、先進トカマク方式に基づく発電プラントが将来のエネルギー源と競争し、将来のエネルギー市場において重要な役割を果たす可能性を検討した概念設計研究である。本設計は、1000MWeの出力を有するDT燃焼核融合発電プラントであり、反転シアトカマクプラズマ運転モードに基づき、リチウム冷却バナジウム合金プラズマ対向部品などの先進的工学的概念を採用している。定常運転の反転シアトカマクは、現時点において、トカマク方式発電プラントにおいて優れた経済性能と物理的妥当性の最良の組み合わせを提供するものと思われる。ARIES-RS工学的設計プロセスでは、ARIESチームと米国電力会社および産業界の代表者との協力的取り組みにより、研究初期段階で策定された最上位レベルの使命要求の達成に重点が置かれた。主要な努力は、プラント運転中にホットセル内で全セクターの迅速な取り外しとそれに続く分解を可能とする信頼性の高い構成の開発に注がれた。この方式は、稼働率目標を達成するための唯一の実用的な手段として採用された。自己冷却ブランケットおよびダイバータ用の電気絶縁コーティングの使用は、広い設計ウィンドウと簡素化された設計を提供する。主要なコスト項目の一つである遮蔽体の最適化により、出力密度と放射線レベルが低い領域でフェライト鋼を使用することで、動力炉心コストを大幅に削減した。さらに、ブランケットの半径方向セグメント化による追加コスト削減が達成され、大型セグメントの再利用が可能となった。本論文では、第一壁、ブランケット、遮蔽体、ダイバータ、加熱装置、電流駆動システム、燃料供給システム、および磁石システムを含む主要な核融合動力炉心構成要素のそれぞれについて、全体のトカマク構成とともに述べる。