AbstractThe most serious challenges in the design of chambers for inertial fusion energy (IFE) are: (1) protecting the first wall from fusion energy pulses on the order of several hundred megajoules released in the form of X-rays, target debris, and high energy neutrons; and (2) operating the chamber at a pulse repetition rate of 5–10 Hz (i.e. re-establishing the wall protection and chamber conditions needed for beam propagation to the target between pulses). In meeting these challenges, designers have capitalized on the ability to separate the fusion burn physics from the geometry and environment of the fusion chamber. Most recent conceptual designs use gases or flowing liquids inside the chamber. Thin liquid layers of molten salt or metal and low pressure, high-Z gases can protect the first wall from X-rays and target debris, while thick liquid layers have the added benefit of protecting structures from fusion neutrons thereby significantly reducing the radiation damage and activation. The use of thick liquid walls is predicted to: (1) reduce the cost of electricity by avoiding the cost and down time of changing damaged structures; and (2) reduce the cost of development by avoiding the cost of developing a new, low-activation material. Various schemes have been proposed to assure chamber clearing and renewal of the protective features at the required pulse rate. Representative chamber concepts are described, and key technical feasibility issues are identified for each class of chamber. Experimental activities (past, current and proposed) to address these issues and technology research and development needs are discussed.
慣性核融合エネルギー用チャンバーの設計における最も重大な課題は、(1) 数百メガジュール規模の核融合エネルギーパルスがX線、ターゲットデブリ、高エネルギー中性子の形態で放出される際に、第一壁をそのパルスから保護すること、そして (2) チャンバーを毎秒5〜10回というパルス繰り返し率で運転すること（すなわち、パルス間において、ビームをターゲットまで伝播させるために必要な壁保護とチャンバー内条件を再確立すること）である。これらの課題に取り組むにあたり、設計者らは核融合燃焼物理をチャンバーの幾何学的形状および環境から分離できることを活用してきた。最新の設計コンセプトのほとんどは、チャンバー内部で気体または液体を使用するものである。溶融塩や液体金属からなる薄い液体層、あるいは低圧・高Zガスは、X線とターゲットデブリから第一壁を保護することができる。一方、厚い液体層は、構造物を核融合中性子から保護するという追加の利点を有し、それによって放射線損傷と放射化を大幅に低減する。厚い液体層の使用により、(1) 損傷した構造物の交換コストとそれに伴うダウンタイムを回避することで発電コストを削減し、(2) 新たな低放射化材料の開発コストを回避することで開発コストを削減することが予測される。要求されるパルス繰り返し率でのチャンバー内のクリアリングと保護特性の再確立を確実にするために、様々な方式が提案されている。代表的なチャンバーコンセプトについて説明し、各クラスのチャンバーについて主要な技術的実現性の課題を特定する。これらの課題に対処するための実験活動（過去、現在、および計画中のもの）と、技術開発における研究ニーズについて議論する。