高温での水素吸蔵量の少ないW板材を探そう
 試料が薄いほど吸蔵した𝑫𝑫𝟐𝟐 すべてを放出する温度は低い。
 高温壁温度773Kを考慮すると、冷間圧延法で作製した厚さ0.254mm以下のWであれば、問題ないと考えられる。

Desorption Rate of D2 (/m2/s)

製造法によって異なるD2の吸蔵・放出特性
1E18

1E17

0.127mm Plansee 社製
0.1mm W板材
0.254mm
0.5mm

1E16

転位

◆試料サイズ
各厚さ×5×10mm

空隙（ボイド）

1E15
300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200

◆照射条件
イオン種：𝑫𝑫+
𝟐𝟐 加速エネルギー：3keV
照射フルエンス：𝟏𝟏 × 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟐𝟐𝟏𝟏 𝑫𝑫+ /𝒎𝒎𝟐𝟐
試料温度：300K

Temperature (K)

圧延方法

𝐷𝐷2 放出量(ions/𝒎𝒎𝟐𝟐 )𝐷𝐷2 放出の温度域(K)

冷間圧延

0.1フラックス(ions/𝒎𝒎𝟐𝟐 � 𝒔𝒔)

8.0×1016

1.8×1019

320-450

0.127

1.4×1017

5.3×1019

320-500

0.254

1.8×1017

2.2×1019

330-570熱間圧延

0.5

1.1×𝟏𝟏𝟏𝟏17

2.3×1019

3301050

厚さ（mm）◆TDS昇温速度
1K/s（～1273K）

Temperature (K)W(0.1mmt)/SUS爆着クラッド材の表面状態
 機械特性 表面は波打っており、盛り上がった部分では接合していない。剥がれやすく、大きな問題点、要改良
 どの場所も表面には微細な剥離や亀裂が発生。
 真空特性 激しい衝撃により大量の格子欠陥（転位、亀裂、ボイド等）が発生し、水素保持量、保持温度が上がっているのではないか？接合していない場所の真空特性は？

5 mm

爆着クラッド材の表面状態（#1000研磨前・後のSEM像）
 激しい変形により剥離しかけた部分を削ぎ落すと水素の吸蔵・放出特性が良くなるのではないか⇨⇨サンドペーパーで表面研磨（未爆着Wの表面状態と大差無し）

W(0.1mmt)

W/SUS クラッド材

研磨前
研磨後（ペーパー千番）

10um

10um

10um

10um

水素の吸蔵・放出に及ぼす研磨の効果
・・・#1000研磨前・後の吸蔵・放出特性比較・・・

 500-600K領域の水素放出をもう少し軽減できないか⇨歪取り焼鈍（1200K近辺）

1E18

Desorption%(?Y)
Rate of D2 (/m2/s)

 研磨によってクラッド材の重水素吸蔵量がかなり減少。
 塑性変形の激しと思われる最表面層を落とすことによって爆着時に導入された転位をかなり取り除くことができた。
 但し、研磨を行ってもW(Ref)と同等の性質とはならない。W層全体に変化が起こっている（近日中に断面のTEM観察を予定）

W(Ref)研磨あり
W(Ref）
クラッド材

1E17

APS-W1E16研磨材

773K

300 400 500 600 700 800 900 1000 1100 1200 1300
Temperature
Temperature (K)(K)（注意：研磨したクラッド材：重水素注入12日後にTDS測定、他のデータは2-3時間後に測定）

W/SUS爆着クラッド材の開発課題と他候補との比較
壁温度773Kにおいて水素が大量に吸蔵・放出され可能性は低く、下記の課題をクリアーできれば、QUEST高温壁パネル表面被覆材として使用可能と考えられる。
開発課題①接合性の向上（爆着条件の最適化、中間材としてCu等の使用、等）②表面研磨に加え、歪取り焼鈍（1200-1300K）を行うことによって水素の吸蔵・放出特性を更に向上

QUEST用500ºC高温パネルの候補材（吉田 私見）
材料

水素吸蔵・放出特性

接合性
機械特性

壁材としての耐熱負荷特性

炉への適用性価格

W/SUS爆着接合材〇 △ ◎？

〇W/SUSろう付接合材〇 要確認◎◎〇？

Mo/SUS接合材〇〇

◎

△〇SUS

◎

◎ 接合不要◎×◎

長時間実験の計画
2018.12.17 報告
2019.4.22修正
2019.9.29 修正

液体ダイバータ実験の計画

6目標と目的（H30-31年度）• 6時間以上の放電の実現
1.
再堆積膜厚の上下非対称の影響の有無→現状確認（取り外した
高温壁の表面パネルの観察（大矢先生論文）
2. 排気効率の差（クライオポンプ数）の影響→ポンプ数を１台から３台に変えて実験（H30年度実施済）
3. 上下のQ-MASSによる燃料圧縮比の計測（H30年度実施済）
4. トロイダル磁場反転による効果の確認（（粒子軌道とCHI電極の効果の切り分け：H31年度実施予定：実験できず）• 放電中の壁温変化の効果の確認
1. 放電中に冷却水を流して、Ha線の上下比の変化を確認（H30年度実施済：通水中のガス発生：おそらくフランジリーク要確認）
2. 粒子バランスの変化を確認（発生ガスにより放電停止：実験できず）• 高速イオンの存在の確認
1. PDI信号の確認（京大米田さんの修士論文：追実験結果待ち）
2.
3.

周波数を計測してイオンバーンシュタイン波へのモード変換の可能性を確認（実施できず）
7
高速イオンの測定（NPAの用意は間に合わず）燃料圧縮比の確認• 上下のダイバータ板の裏側での水素分子分圧を同時測定（前回は下側のみ）（Q-MASSの増設）• クライオポンプの台数依存性を確認
下側を1台にした場合に水素分圧の差が生じた場合
1. 壁の状態（再堆積層と粒子束）：要現状確認及び壁温変化
2. トロイダル磁場の効果：要磁場反転（H31年度はTF反転）
3. イオン・中性粒子のフロー：要フロー計測
を切り分ける必要あり。
• できるだけ高温の壁で高い粒子圧縮を実現したいので壁温依存性も取得する必要があるかも？（上下非対称温度）8上下ダイバータ板背面の水素分圧の測定
上側高温壁のみ通水可
平成３１年度• TF反転Q－MASS増設• Q-MASS増設• イオン流束と中性粒子流れ計測• 上下非対称壁温度
Q－MASS増設

2 CryoPump
Q－MASS増設

9壁温２００℃水冷によりHa信号に変化あり
ただし放電は維持できない#37824 （水冷なし、HWT=200℃、通電開始前上下壁温対称）0.20

3H2_pressure_Top
H2_pressure_Down

210Ha_37824

0.15

0.10-598
70.05

650.00

462
36466
ksec

62646866
ksec#37825 （水冷あり、HWT=200℃、通電開始前上下壁温対称）
0.20H2_pressure_Top_37825
H2_pressure_Down

227-29min
10

68Ha_37825

0.15

0.10-59870.05

650.004707274
ksec

76707274
ksec

1076

壁温１５０℃ 上下のダイバータ板背面
圧力に非対称性あり
3#37835 （水冷なし、HWT=150℃、通電開始前上下壁温非対称）
0.20
H2_pressure_Top_37835
H2_pressure_Down

210Ha_37835
0.150.10-59870.05

650.004545658605456ksec

360#37838（水冷あり、HWT=150℃、通電開始前上下壁温上下非対称）
0.20
H2_pressure_Top_37838
H2_pressure_Down with water

30min

21058ksec

Ha_37838

0.15

0.10-59870.05

650.004707274
ksec

76707274
ksec

1176

上下の壁温が違う場合に、ダイバータ
板背面の圧力変化に上下差あり）#37846 （水冷なし、HWT=150℃、通電開始前上下壁温非対称）
20.20

Ha

H2_pressure_Down
H2_pressure_Top
100.15-590.10

8760.05

540.00545658605456ksec

60#37847（水冷あり、HWT=150℃、通電開始前上下壁温上下非対称）
0.20

3H2_pressure_Down
H2_pressure_Top35-6min

21058ksec

Ha0.150.10-59870.05

650.0046870

72ksec74

687072ksec

1274

長時間放電の後半では、センタースタック下側が光る。
ナチュラルダイバータ効果による粒子圧縮？
#37846

１時間４０分放電の画像（水冷なし）
放電開始2min後放電開始30min後放電開始60min後放電開始90min後

長時間放電の画像（水冷あり）#37847
放電開始2min後放電開始40min後放電開始30min後

H31年度実験予定• FESTA実験（実験準備中）• 上下非対称性と粒子圧縮の確認• 高温壁温度を４００℃以上に

15

Steps for LM Divertor Development

Phase I

Phase II

Phase III

Experiment

Pop Experimentfor understanding
LM feature

Investigating LM
behavior toplasma Induced
heat and particle
loads

Installation of LM
divertor on
QUEST

Simulation

Including MHD
effect on CFD
Calculation

Including thermal
effect on MHDCFD Calculation

Design work for
QUEST divertor
using MHD-CFD
Calculation

OUTPUT

Applying MHD
power generation

Dinamo Effect on
the Earth

Contribution toNuclear Fusion
Advanced Fusion Research Center

楊液体金属発電の実証（科学研究費
液体金属タンク

挑戦的研究（開拓））

高床中床液体金属
加速部

液体金属
タンク

低床

• 液体金属は液体錫を使用• 液体金属の取り扱いや基本的性
質の理解及びシミュレーションの開発はPhase Iと共通
• 高熱負負荷は範疇外であるが、熱負荷を与えたときの挙動についてはPhase IIと共通

発電部
磁石曲管
H31年度

H32年度

H33年度

H34年度

H35年度

H36年度

実験

・液化錫200kg落下実験（低床）・発電部設置・計測器設置・液化錫落下実験（中床）・液化錫落下実験（中床）

液化錫1ｔ落下実験（高床）

液化錫２ｔ落下実験（高床）計算機シミュ
レーション

・櫓応力計算・電磁流体計算の検証

・乱流起電力の検証

・乱流起電力の影響評価

・発電効率の評価

・エネルギー収支の評価

目的

・装置の健全性確認

・MHD発電の ・乱流起電力
検証の確認

・乱流起電力の効率評価

・発電効率の検証

・実用化への見通し

Advanced Fusion Research CenterPhase I: Basic Physics experiment is on-going

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液体金属

電磁石
B
JTJH
V
Advanced Fusion Research CenterPhase II: The preliminary experimental plan for installation of liquid
metal divertor on QUEST.
既設QUEST装置

CT Injection
system

QUEST
真空容器

Guide tube

既設CT入射装置

Port

Port
ＣＴ

液体金属
容器
ガイドチューブ
CTプ
ラズマ

液体金属

Evacuation
SystemLiquid Metal
EMP

Advanced Fusion Research CenterPhase III: Computational fulid dynamics is useful to evaluate liquid
metal behaviour. Especially sprashing and contamination.
Experiment inQUEST

Computer
Simulation
Develop a liquid metal flow
solver for investigation ofMAGLIMD.
byHanada,Shimada,et albyHu, Al Salami,
et alCollaboration

M. Shimada and K. Hanada“Conceptual Design of Magnetically-Guided
Liquid Metal Divertor on QUEST” Proc. Plasma Conference (2017) 22P-101.

Advanced Fusion Research Center28 GHz システムを用いた実験で目指すもの
O-X-B EBW experiments

Backscattering Instability~ TeUHR
AXUVBulk and mildly energetic electron
heating effect are observed in overdense region. The resonant heatingfor ~1keV component with EBW andrelaxation to bulk electron are assessed .
[ 8.2 GHz + 28 GHz ][ 8.56 GHz + 28 GHz ]15cm beam
O-mode /X-mode
１st・２nd ECHCD

28 GHz システムを用いた実験で目指すもの
Non-inductive high I p and n e plasma ramp-up for NBI
For NBI, relatively high I p ~ 100 kA andhigh n e ~1019 m-3 are needed. ( if possible with high B t ）# 40876

M. Osakabe

1017 m-3
Focusing Mirror
Launcher + Polarizer
for local ECHCD

NBIdeposition

1018 m-3+ EBWH?

1019 m-3
Non-inductive high I p and n e plasma ramp-up with Higher harmonics 【 ITER : low field ope. 1.8 T 】
QUEST :
ITER:

8.2 GHz (1st , 2nd ) + 28 GHz (3rd ) : 0.16 T
60 GHz (1st , 2nd ) + 170 GHz (3rd ) : 1.8T with M. Ono
3rd4th2ndRelativisticDoppler effect

TASK/WR

Higher harmonic& Overlapping# 40876
N// = 0.75

28 GHz システムを用いた実験で目指すもの

less-inductive

Non-inductive plasma ramp-up with bulk heating+ inductive

0830 eV
N// =0.11+ inductive

28 GHz システムを用いた実験で目指すもの
Steady State Operation

Water-cooled WG line

WG lineCombined Heating to obtain high Ip, ne and Te

CTI
CHI electrodes NSTX:CHI+ECH+FW

IGBT switching system for double swing OH

新たな検討14 GHz System

筑波大学・科学研究補助金申請

Large-sized plasma with bulk electron heating(8.56GHz)
Synergetic heating with 28 GHz-wave

High Field

双方向型共同研究・NIFS・東京大学

新たな計測器

Flux loop on high T panel

SDR for ECE
heterodyne
radiometer

HX detector with long
heavy -alloy collimator

Rogowski forHigh T use

magnetic probe
at CS post

Hall sensor

reciprocating magnetic probe