AbstractResearch and development (R&D) needs to construct and operate fusion nuclear technology (FNT) components for DEMO have been investigated. Non-fusion facilities, i.e. non-neutron test stands, fission reactors and accelerator-based neutron sources, can and should play a role in FNT R&D because of their availability and low cost. However, none of the FNT critical issues will be resolved by testing in non-fusion facilities because of their serious limitations on simulating multiple integrated effects of the fusion environment and their lack of adequate test volume. Testing of FNT components, particularly blankets, in fusion facilities is necessary. The FNT requirements on fusion testing are a 1–2 MW m−2 neutron wall load, steady state plasma operation, a fluence of greater than 6 MW years m−2 and a test area greater than 10 m2. Requirements on reliability growth and component engineering development are the most demanding. Calculations of both expected and tolerable failure rates and reliability growth testing requirements for the blanket lead to a number of important conclusions: (1) achieving a fluence of about 6 MW years m−2 at the test modules with about six to 12 test modules per blanket concept is crucial to achieving a DEMO reactor availability in the 40–50% range with 90% confidence, (2) achieving a DEMO reactor availability of 60% may not be possible with 90% confidence for any practical blanket test program with present design concepts. The required mean time between failure for the blanket is much longer than that achieved in other existing and perhaps less complex technologies, (3) the mean down-time to replace (MTTR) or to recover from a random failure in the blanket must be kept on the order of 1 week or less in order to achieve the required blanket and reactor system availabilities and (4) the length of MTTR must be by itself one of the crucial objectives for testing in fusion facilities. Scenarios for fusion facilities to provide the data base for DEMO have been evaluated. A strategy based on the International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) alone results in unacceptably high risk and long delays in DEMO operation. A plasma-based volumetric neutron source (VNS) facility is proposed for construction and operation parallel to ITER. VNS will serve as a dedicated facility to test and develop FNT components for DEMO. An attractive design envelope for a small-sized tokamak VNS exists with driven (Q ≈ 1–3) steady state plasma and normal conducting copper toroidal field coils. Operation of VNS in parallel to ITER reduces the risk to DEMO and results in net savings in the overall R&D cost to DEMO.
核融合核技術（FNT）構成要素のための研究開発（R&D）の構築と運転に関するDEMOの要件を調査した。非核融合施設、すなわち非中性子試験スタンド、核分裂炉、および加速器ベースの中性子源は、その利用可能性と低コストのため、FNTのR&Dにおいて役割を果たすことができるし、また果たすべきである。しかしながら、FNTの重要課題のいずれも、核融合環境の複合的統合効果を模擬する際の深刻な限界と、適切な試験容量の不足により、非核融合施設での試験によって解決されることはない。FNT構成要素、特にブランケットの試験は、核融合施設において必要である。核融合試験に関するFNT要件は、1〜2 MW m⁻²の中性子壁負荷、定常状態のプラズマ運転、6 MW年を超えるフルエンス、および10 m²を超える試験面積である。信頼性向上と構成要素の工学開発に関する要件が最も厳しいものである。ブランケットの予想故障率と許容故障率の両方の計算、および信頼性向上試験要件は、いくつかの重要な結論をもたらす：（1）ブランケット概念あたり約6〜12個の試験モジュールで約6 MW年のフルエンスを達成することが、90%の信頼度でDEMO炉の40〜50%の範囲の稼働率を達成するために極めて重要である、（2）90%の信頼度でDEMO炉の60%の稼働率を達成することは、現在の設計概念では実用的なブランケット試験プログラムでは不可能かもしれない。ブランケットの平均故障間隔（MTBF）は、他の既存の、おそらくはより複雑でない技術におけるものよりもはるかに長いものである、（3）ブランケットの交換までの平均ダウンタイム（MTTR）またはランダム故障からの回復は、要求されるブランケットおよび炉システムの稼働率を達成するために、約1週間以下に維持されなければならない、（4）MTTRの長さは、それ自体が核融合施設における試験の重要な目標の一つでなければならない。DEMOのためのデータベースを提供する核融合施設のシナリオを評価した。国際熱核融合実験炉（ITER）のみに基づく戦略は、DEMO運転において許容できないほど高いリスクと長い遅延をもたらす。ITERと並行して建設・運転するためのプラズマベースの体積中性子源（VNS）施設が提案されている。VNSは、DEMOのためのFNT構成要素を試験し開発するための専用施設として機能する。駆動運転（Q ≈ 1〜3）の定常状態プラズマと常伝導銅トロイダル磁場コイルを備えた小型トカマクVNSの魅力的な設計範囲が存在する。ITERと並行したVNSの運転は、DEMOへのリスクを低減し、DEMOへの全体的なR&Dコストにおいて正味の節約をもたらす。