平成24年7月23‐24日
ダイバータ及びPWI合同研究会
於：筑波大学新テキサトール協定の進展
テキサトール執行委員会委員
中村幸男、 増崎 貴

テキサトール協定の概要と経過• IEA Implementing Agreement for a Programme of
Research and Development on Plasma-Wall Interaction
in TEXTOR (machine oriented and specified to PWI)
• 1977年にEU, US, Canada, Switzerland, Turkeyでスタートし、翌年の1978年に日本が参加。
• 5年ごとに延長され、2013年6月まで継続（36年間）。
• PWI研究で世界をリードしてきた。
• ポンプリミター実験(ALT-I, ALT-II)、Dynamic ErgodicDivertor (DED)を用いた周辺プラズマ制御実験などで多くの成果を挙げてきた。
• 高Zプラズマ対向材実験による高Z材料研究の活性化。

国際協定の見直し• 国際エネルギー機関（IEA）では、これまで装置区分で国際協定が作られてきた。
大型トカマク、ポロイダルダイバータ、テキサトール、ステラレータ、STなど• 物理課題区分による国際協定の見直し論。
• トカマク装置の国際協定（大型トカマク、ポロイダルダイバータ）を一つにまとめる。
• 「トカマク計画協力取り決め」として更新された。
（Implementing Agreement for Co-operation on Tokamak Programmes）• テキサトール協定はPWIに関する研究課題で独自に模索。
核装置環境下でのPWI研究（線形プラズマ装置）

トロイダル閉じ込め装置及び線形装置における相補的研究
PSI topics (only) for
toroidal devices(tokamaks andstellarators):Edge-core coupling
Impact of magnetic
topology on PSI
processes
Scenario integration
Power and particle
exhaustPSI topics for both toroidal
and linear devices:

Investigation of basic
PSI processes (erosionprocesses, fuelretention)
Impact of PSI
processes on surfacemorphology
Development of PSI
diagnostics
physical processes indivertors

PSI topics for dedicatedlinear devices:
PSI under extreme
conditions notaccessible in present
day toroidal devices(particle fluxes andfluence, neutron
activated materials,Tritium plasmas)

Research on plasma wall interaction facilities
for fusion reactors

実機でしかできないPSI研究
・主プラズマと周辺プラズマのカップリング
・磁力線構造のPSIへの効
果・運転シナリオ・熱と粒子の排出

実機と直線装置の双方でできるPSI研究専用の直線装置を要す
るPSI研究・損耗や燃料蓄積などの基礎研究
・PSIが表面形状に及
ぼす影響
・PSIの計測機器・デタッチメントなどダイバータにおける諸物
理過程

・稼働中の実機でも得られない極限状況下でのPSI研
究
粒子束、フルーエンス、中性子照射効果、トリチウムプラズマなど

プラズマ・壁相互作用実験装置による核融合炉のための研究線形プラズマ装置におけるPWI研究の特長• Good access to plasma surface interaction zone, specificand dedicated diagnostics• Easy exchange of target samples• Well controlled plasma characteristics, steady-state, highfluence• High reliability and reduced technical complexity• Integration into harsh environment• Cost effective• Special capabilities of open systems and plasma guns toinvestigate the impact of (transient) high power andparticle loads onto plasma facing components

プラズマ・壁相互作が起きている場所へのアクセスが容易
研究するPSIについて、専用の機器・装置を用意できる
ターゲット材料の交換が容易
プラズマを、一定のパラメータを維持して長時間照射可能 高フルーエンス• 高い信頼性と技術的複雑さが少ない• 実機の厳しい環境を部分的に模擬• コスト• 開放端系装置及びプラズマガンは特にtransientな高熱・粒子負荷研究を行いうる••••

TEC（3極共同研究組織）における統合的PWI研究
Reactor likedivertor conditions(steady stateloads)

NO

Reactor liketransient heatloads

YES, pulsed plasma
source under development

YES, JUDITH (electronbeam facility inside HotCell)

NOTritiumNO

no T- plasma butmoderate T handlingcapabilities

YESToxic materials(Be)

NOYESYESNeutron irradiatedmaterials

Simulation of neutron
damage by ion beamirradiation planned

YES

Limited to moderately
activated samples

ユーリッヒホットセルにおける線形プラズマ装置によるPWI研究(JULE-PSI)
Linear plasma device (onthe basis of PSI-2)

Target and analysis station(à la MAGNUM-PSI) Lock system for hot and toxic targets
 Post-mortem characterization after
plasma exposure in JULE-PSI Post-mortem characterization of PFMs
from nuclear devices (JET, ITER, …)

JULE-PSIにおけるプラズマ計測計画
JULE-PSI will be in nuclear environment with limited access, and so thediagnostics→ Reliability and easy maintenance are necessary
Plasma diagnostics (information on background plasma)• Optical spectroscopy• Langmuir probe
In-situ PMI diagnostics• Optical spectroscopy• IR thermography• Quartz microbalance (QMB)
In-vacuo sample analysis
Target station: linear manipulator and surface analysis station with laseraided analysis methods (LID, LIA, LIBS)
Ex-situ sample analysis• Thermal desorption spectrometry (TDS) – cold and hot• SEM, metallography – cold and hot• Ion beam analyses: NRA, … – cold only
• SIMS – cold only

線形プラズマ装置における運転領域
Ion Energy vs Ion Flux Density
Ion flux density in linear devices atnormal incidence, ion energy canbe increased by target biasing.

JULE- PSI

Uytdenhouwen I. et al,Plasma & fusion Science 996 (2007) AIP proc. 17th RUSFD, pp 159-165 )テキサトール協定の新協定への移行
・現在のテキサトール協定は２０１３年6月末で終了
・これまでの執行委員会での議論を踏まえて、新たな実施協定への移行を準備
・２０１２年５月２２日にPSI会議場で第６７回のテキサトール執行委員会を開催
１）執行委員会委員の追加（日本：増崎 貴）
２）TEXTOR装置の運転は２０１３年で終了予定
３）新しい実施協定の名前とスコープについて議論

新協定の名前と参加極
実施協定名:
Implementing agreement on the development andresearch on plasma-wall interaction facilities forfusion reactors（日本語での呼び名：PWI協定（仮））参加極：日本、アメリカ、ヨーロッパ（3極：ドイツ、オランダ、ベルギー）＊アメリカの執行委員会委員が正式に指名されていないのが気がかり。

新協定のスコープ
プラズマ対向材への高熱粒子束負荷許容量の拡大
定常運転に向けての第一壁の運転許容時間の拡大
トリチウム及び毒性材料使用環境下でのPWI研究
PWI過程におけるプラズマ対向材の中性子照射の影響評価
核融合炉における上記運転条件での相乗効果＊長時間のタイムスケールでの研究、プラズマ対向材料の開発、エッジプラズマ計測を含めたPWI統合研究、高性能計測技術開発、モデリングコード開発

新協定参加のPWI装置とその特徴
PWI facilities (in operation / underconstruction / in planning stage)

Special capabilities

NAGDIS II (Nagoya University)

Divertor studies at high densities, detachment studies

GAMMA-10 (U Tsukuba)

Divertor studies in the largest mirror machine world wide

PISCES-B (UCDS)

Be operation, extensive set of post-mortem analysis
methods
Tritium plasmas, moderately neutron activated targets
High particle and energy flux density, RF heating, reactor
relevant divertor conditions, neutron activated targets
Inside Tritium laboratory, Tritium plasma, moderately
neutron activated targets
High particle and energy flux density, reactor relevant
divertor conditions, sophisticated target analysis andexchange chamberHigh particle and energy flux density, forerunner ofMAGNUM-PSI
Located inside Hot Cell, Be operation, neutron activatedtargets, sophisticated target analysis and exchange chamber
Forerunner of JULE-PSI, sophisticated target analysis andexchange chamber under fabrication

TPE (Idaho National Lab)
PMTS (ORNL)VISION I (SCK-CEN, TEC)MAGNUM-PSI (FOM, TEC)PILOT-PSI (FOM, TEC)
JULE-PSI (FZJ, TEC)
PSI-2 Jülich (FZJ, TEC)

他の協定との関係
IEA IA “Co-operation on
Tokamak Programmes

IEA IA “Nuclear
Technology for Fusion
Reactors..equilibrium andstability, transport,
heating and CD,
pedestal physics, fastparticles, integrated
scenarios, diagnostics,
fuelling
Plasma wallinteractions anddivertor physics (onlyin tokamaks)

IEA IA “Fusion Materials

Tritium Breeding
Blanket, Radiation
Shielding & Tritium
Processing Systems of 
Fusion Reactors
Plasma Facing
Components for Fusion
reactors (emphasis ontechnology)

IEA IA “Plasma-WallInteraction Facilities forFusion
Reactors” (proposed)

Experimentation on
Radiating Damage inFusion Reactors
Fast Flux Neutron
Irradiation of Candidate
Fusion Breeder Blanket MaterialsInvestigation of basic
PWI processes (erosionprocesses, fuelretention) under longpulse conditions
Impact of PWI
processes on surface
morphology
Development of PWI
diagnostics
PWI under extreme
conditions (high fluxes
and fluencies, Tritium
plasmas, neutron
activated materials)
physical processes indivertors and edge
plasmas今後の予定新協定の最終合意文書の作成
・参加装置として東大のMAP-IIを提案中
・合意文書の詳細検討
IEAにテキサトール協定の見直しと更新の手続き
・２０１３年６月末までに終了予定
２０１３年７月から新協定による活動開始
・すでに実施されているPMIFワークショップの開催など（PMIF: International Workshop on Plasma Material Interaction
Facilities for Fusion Research）