AbstractThe “plasma system” of RFX includes the first wall, the vacuum vessel, the stabilizing shell, the vacuum and gas injection system, the remote handling system and the relevant auxiliary plants (cooling, baking, glow discharge cleaning, etc.).Since no limiters are provided, the full energy and particle flux from the plasma must be absorbed by the first wall. Taking into account the significant power losses from the plasma in nominal conditions, the high peaking factors due to “dynamo” effects, field errors and plasma shift, and possible sudden losses of configuration, the first wall was designed to be able to withstand high thermal loads. Also the need to use a low Z plasma-facing material led to the choice of pure, microcrystalline graphite. The wall is subdivided into 2016 tiles, individually clamped to the vacuum vessel by means of a special bayonet system suitable for remote handling. The remote handling system, which was designed to facilitate the replacement and inspection of all 2016 graphite tiles, comprises an arm with five degrees of freedom, two grippers for different tasks, two television cameras, and a control system for automatic or teleoperated motions.The vacuum vessel is a stiff sandwich structure with 72 solid poloidal rings bearing the first wall tile supports. It is cooled by CO2 flowing through the interspace; baking up to 350°C is also provided by means of heating cables attached to the outer surface.The vessel is closely surrounded by a shell, giving passive stabilization against magnetohydrodynamic modes; the shell is made of aluminium alloy, 65 mm thick, and, to allow fast field penetration, it is electrically subdivided into four sections, by means of epoxy-glass layers.The RFX vacuum system is a combination of 12 cryopumps and 12 turbomolecular pumps, giving a total pumping speed at the vessel of 4500 1 s−1 for nitrogen. Because of the short plasma pulse duration, the gas injection system must produce high gas throughputs (up to 700 Pa m3 s−1) with very short response times (some milliseconds). The glow discharge cleaning system utilizes four anodes toroidally equispaced and located at the centre of the vessel minor cross-section, is r.f. assisted and allows wall conditioning in hydrogen, helium or methane.In this paper we present the basic concepts underlying the main design choices and then, for the main components and plants, we describe the significant design features, as well as the methods and results of the structural, thermal and electromagnetic calculations. We also deal with preliminary tests on prototypes and with the most important manufacturing technologies, production cycles, and assembly procedures. Finally, the preliminary design of the control system for the plasma main electromagnetic parameters is presented.
抄録 RFXの「プラズマシステム」には、第一壁、真空容器、安定化シェル、真空・ガス注入システム、遠隔操作システム、および関連する補助設備（冷却、ベーキング、グロー放電洗浄など）が含まれる。リミッタが設けられていないため、プラズマからの全エネルギーおよび粒子束は第一壁で吸収されなければならない。公称条件下でのプラズマからの大きな電力損失、「ダイナモ」効果による高いピーキング係数、磁場誤差、プラズマ変位、および配位の急激な喪失の可能性を考慮して、第一壁は高い熱負荷に耐えられるよう設計された。また、低原子番号のプラズマ対向材料を使用する必要性から、純粋な微結晶黒鉛が選択された。壁は2016枚のタイルに分割され、それぞれが遠隔操作に適した特殊なベヨネット方式により真空容器に個別に固定されている。遠隔操作システムは、2016枚すべての黒鉛タイルの交換と点検を容易にするよう設計されており、5自由度のアーム、異なる作業用の2つのグリッパ、2台のテレビカメラ、および自動または遠隔操作のための制御システムを備えている。真空容器は、第一壁タイルの支持部を担う72本の固体ポロイダルリングを備えた剛性の高いサンドイッチ構造である。容器は、間隙を流れるCO2によって冷却され、外面に取り付けられた加熱ケーブルにより最高350℃までのベーキングが可能である。容器の周囲にはシェルが密接に配置され、磁気流体力学的モードに対する受動的安定化を提供している。シェルはアルミニウム合金製で、厚さ65mmであり、高速磁場浸透を可能にするため、エポキシガラス層により電気的に4つのセクションに分割されている。RFXの真空システムは、12台のクライオポンプと12台のターボ分子ポンプの組み合わせであり、容器における窒素の総排気速度は4500 l s⁻¹である。プラズマパルス持続時間が短いため、ガス注入システムは高いガス流量（最大700 Pa m³ s⁻¹）と非常に短い応答時間（数ミリ秒）を実現しなければならない。グロー放電洗浄システムは、トロイダル方向に等間隔で容器の小半径断面中心に配置された4つの陽極を利用し、高周波補助を備え、水素、ヘリウム、またはメタンによる壁調整を可能にする。本論文では、主要な設計選択の基礎となる基本概念を提示し、主要コンポーネントと設備について、重要な設計特徴、ならびに構造、熱、電磁気計算の方法と結果を述べる。さらに、プロトタイプによる予備試験、主要な製造技術、製作手順、組立手順についても扱う。最後に、プラズマの主要電磁パラメータの制御システムの予備設計を提示する。