AbstractThermal performances of an advanced mechanically joined module (MJM) under steady state high heat fluxes of 2.0–4.25 MW/m2 and thermo-mechanical analysis are described. The advanced MJM was designed to apply for a helical divertor plate of a large helical device (LHD) at the next experimental phase II. The advanced MJM has a unified armor/heat sink made of carbon/carbon composite different from the normal MJM with a separated copper heat sink. To evaluate the thermal performance of the advanced MJM, short pulse high heat flux test up to 5.4 MW/m2 and steady state high heat flux tests up to 4.25 MW/m2 have been carried out using a test facility ACT. Moreover, the thermal fatigue test of the advanced MJM up to 150 cycles under steady state high heat flux of 2.5 MW/m2 has been performed. After theses tests, no apparent damage and no cracking on the armor tile were observed although there was a little increase in the armor/heat sink temperature during the thermal fatigue test. To evaluate the thermal stress in the armor/heat sink of the MJM during steady state high heat flux test and to optimize the structure, thermo-mechanical analyses are done using a 3D CAD.
熱性能の先進的な機械的接合モジュール（MJM）の定常状態高熱流束2.0〜4.25 MW/m²下での熱性能および熱力学解析について述べる。先進的なMJMは、次期実験フェーズIIにおける大型ヘリカル装置（LHD）のヘリカルダイバータ板に適用するために設計された。先進的なMJMは、通常のMJMとは異なり、分離された銅製ヒートシンクではなく、カーボン/カーボン複合材で作られた統合型アーマー/ヒートシンクを有する。先進的なMJMの熱性能を評価するために、試験施設ACTを用いて、最大5.4 MW/m²の短パルス高熱流束試験および最大4.25 MW/m²の定常状態高熱流束試験が実施された。さらに、先進的なMJMの熱疲労試験が、2.5 MW/m²の定常状態高熱流束下で最大150サイクル実施された。これらの試験後、熱疲労試験中にアーマー/ヒートシンク温度がわずかに上昇したものの、アーマータイルに明らかな損傷や亀裂は観察されなかった。定常状態高熱流束試験中のMJMのアーマー/ヒートシンク内の熱応力を評価し、構造を最適化するために、3D CADを用いて熱力学解析が行われている。