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Overview of the TITAN-I fusion-power core

S.P. Grotz, N.M. Ghoniem, The TITAN Research Group, J.R. Bartlit, C.P.C. Wong1989年Fusion Engineering and DesignIF 1.7出版社

The TITAN reactor is a compact (major radius of 3.9 m and plasma minor radius of 0.6 m), high neutron wall loading (~18 MW/m2) fusion energy system based on the reversed-field pinch (RFP) confinement concept. The reactor thermal power is 2918 MWt resulting in net electric output of 960 MWe and a mass power density of 700 kWe/tonne. The TITAN-I fusion power core (FPC) is a lithium, self-cooled design with vanadium alloy (V-3Ti-1Si) structural material. The surface heat flux incident on the first wall is ~4.5 MW/m2. The magnetic field topology of the RFP is favorable for liquid metal cooling. In the TITAN-I design, the first wall and blanket consist of single pass, poloidal flow loops aligned with the dominant poloidal magnetic field. A unique feature of the TITAN-I design is the use of the integrated-blanket-coil (IBC) concept. With the IBC concept the poloidal flow lithium circuit is also the electrical conductor of the toroidal-field and divertor coils. Three dimensional neutronics analysis yields a tritium breeding ratio of 1.18 and a molten salt extraction technique is employed for the tritium extraction system. Almost every FPC component would qualify for Class C waste disposal. The compactness of the design allows the use of single-piece maintenance of the FPC. This maintenance procedure is expected to increase the plant availability. The entire FPC operates inside a vacuum tank, which is surrounded by an atmosphere of inert argon gas to impede the flow of air in the system in case of an accident. The top-side coolant supply and return virtually eliminate the possibility of a complete LOCA occurring in the FPC. The peak temperature during a LOFA is 991 °C.

日本語訳

TITAN炉は、コンパクトな(大半径3.9 m、プラズマ小半径0.6 m)高中性子壁負荷(約18 MW/m2)の核融合エネルギーシステムであり、逆転磁場ピンチ(RFP)閉じ込め概念に基づくものである。炉の熱出力は2918 MWtであり、正味電気出力960 MWe、質量出力密度700 kWe/トンを実現する。TITAN-I核融合動力炉心(FPC)は、バナジウム合金(V-3Ti-1Si)構造材料を用いたリチウム自冷式設計である。第一壁に入射する表面熱流束は約4.5 MW/m2である。RFPの磁場位相幾何学は液体金属冷却に有利である。TITAN-I設計では、第一壁とブランケットは、支配的なポロイダル磁場に沿った単一パス・ポロイダル流ループで構成される。TITAN-I設計の独自の特徴は、統合ブランケットコイル(IBC)概念の採用である。IBC概念では、ポロイダル流リチウム回路がトロイダル磁場コイルおよびダイバータコイルの電気導体も兼ねる。三次元中性子解析により、トリチウム増殖比は1.18となり、トリチウム抽出システムには溶融塩抽出技術が採用される。ほぼすべてのFPC構成要素は、クラスC廃棄物処分の基準を満たす。設計のコンパクト性により、FPCの一体型メンテナンスが可能となる。このメンテナンス手順により、プラントの稼働率向上が期待される。FPC全体は真空タンク内で動作し、タンクは不活性アルゴンガス雰囲気で囲まれており、事故時にシステム内への空気の流入を妨げる。トップサイドからの冷却材供給と戻りにより、FPCにおける完全なLOCA発生の可能性は事実上排除される。LOFA時のピーク温度は991 °Cである。

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