AbstractThe heat flux onto divertor plates has increased with the progress of tokamak fusion research and development. In the International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) operating conditions, the peak heat fluxes onto the divertor plate have been estimated to be 15–30 MW/m2. It has been evaluated that it is marginal to operate the divertor plate with a peak heat flux of 15 MW/m2 and very difficult with higher heat fluxes under static conditions. Although a separatrix sweeping by superconducting (SC) poloidal field (PF) coils located outside toroidal field (TF) coils has been introduced during Conceptual Design Activities (CDA), the operation to keep the temperature under the maximum limit of the armor temperature, i.e., 1000°C in terms of erosion due to sputtering and sublimation, is still difficult for peak heat fluxes exceeding about 20 MW/m2, because the sweeping condition such as the moving range of null point and sweeping frequency is restricted to be below about ±0.75 Hz·cm by induced AC losses in cryogenic structures. Therefore, we have newly proposed an in-vessel sweeping coil system for faster sweeping frequency. A higher sweeping frequency of 1 Hz is able to keep the maximum armor temperature below 1000°C for a heat flux on the divertor plate of 30 MW/m2, where the induced AC loss is only half of the acceptable level. When the operational plasma current is substantially below 22 MA, a sweeping frequency of 4 Hz may be allowed within the acceptable AC loss. The structural feasibility of the in-vessel sweeping coil can be obtained by introducing a saddle-loop coil.
トカマク核融合研究の進展に伴い、ダイバータ板への熱流束は増大している。国際熱核融合実験炉（ITER）の運転条件では、ダイバータ板へのピーク熱流束は15～30 MW/m²と推定されている。静的条件下では、ピーク熱流束15 MW/m²でのダイバータ板の運転はぎりぎり可能であると評価されているが、それより高い熱流束では非常に困難である。トロイダル磁場（TF）コイルの外側に配置された超伝導（SC）ポロイダル磁場（PF）コイルによるセパラトリックススイープは、概念設計活動（CDA）の期間中に導入されたが、スパッタリングおよび昇華による損耗の観点からアーマー材の温度上限である1000°Cを維持する運転は、ピーク熱流束が約20 MW/m²を超える場合には依然として困難である。なぜなら、スイープ条件、すなわちヌル点の移動範囲とスイープ周波数は、低温構造体における交流損失により約±0.75 Hz・cm以下に制限されるからである。そこで我々は、より高速なスイープ周波数を実現するための新しい炉内スイープコイルシステムを提案した。スイープ周波数1 Hzの高速化により、ダイバータ板上の熱流束30 MW/m²に対してアーマー材の最高温度を1000°C以下に維持することが可能であり、その際の交流損失は許容値のわずか半分である。運転プラズマ電流が22 MAを大幅に下回る場合には、スイープ周波数4 Hzが交流損失の許容範囲内で許容され得る。サドルループコイルを導入することにより、炉内スイープコイルの構造的実現性が得られる。