リチウムトカマク実験

LTX
リチウムトカマク実験
LTXのプラズマ容器
デバイスタイプトカマク
位置プリンストン、ニュージャージー州、アメリカ合衆国
所属プリンストンプラズマ物理学研究所
歴史
建設日2000年（CDX-Uとして）
運営年数2008年～現在
先行電流駆動実験アップグレード（CDX-U）
リンク
Webサイトリチウムトカマク実験（LTX）

リチウムトカマク実験(LTX) とその前身である電流駆動実験アップグレード(CDX-U) は、プリンストン プラズマ物理研究所のプラズマ対向部品(PFC)としての液体リチウムの研究専用の装置です。

PFCとしてのリチウムの利点

商業用核融合発電開発における継続的な研究課題の一つは、原子炉容器のプラズマ対向部分（第一壁とも呼ばれる）の材料選定です。ほとんどの原子炉は高真空相当の状態で運転されるため、空洞の内部に磁石が内向きに作用する圧力に耐えられるよう、高強度材料が求められます。代表的な材料としては、様々な鋼合金など、他の化学プロセスや原子プロセスで使用される材料が挙げられます。

残念ながら、これらの材料は核融合炉で使用する場合、いくつかの欠点があります。大きな問題の一つは、漏れ出した核融合燃料が材料に衝突すると冷却され、より低い温度で燃料塊に戻り、燃料全体を冷却することです。これは「リサイクリング」として知られています。もう一つの問題は、これらの反応によって金属原子も剥離する可能性があることです。金属原子は原子質量が大きい（高Z）ため、加熱されると大量のX線を放出し、これもプラズマ燃料を冷却します。

液体リチウムPFCの魅力的な特徴の一つは、実質的にリサイクルが不要であることです。これは、リチウムが原子状水素と高い化学反応性を持ち、原子状水素がPFC内に保持されるためです。さらに、リチウムの原子番号Zは小さいため、PFC材料からの放射線によるエネルギー損失は最小限に抑えられます。これは、Zの増加に伴い放射線量が大幅に増加するためです。さらに、液体リチウムを流動させることで、反応炉壁で予想される高い電力密度にも対応できる可能性があります。

トカマクの性能

主要なトカマクはすべて、低いリサイクリング条件下で最高の性能を発揮してきました。もし完全にリサイクリングのない壁が実現できれば、理論上は磁気閉じ込めの基本的な性質が変化すると予測されています。温度・密度分布、そしてプラズマ電流分布の改善により、有害なプラズマ不安定性が排除される可能性があります。さらに、エネルギーと粒子の損失を引き起こす輸送メカニズムが減少し、より高いエネルギー閉じ込めを持つプラズマが実現される可能性があります。

CDX-U

CDX-UのPPPL科学者

2000年から2005年までPPPLで運用された。[ 1 ]

大面積液体リチウムPFCの最初の試験として、CDX-Uは真空チャンバーの底部にリチウムを封入するためのトロイダルトレイを備えました。この部分的な非リサイクルPFCにおいても、プラズマ性能の大幅な向上が達成されました。不純物が減少し、2005年にはエネルギー閉じ込め性能が劇的に向上（6倍）することが観測されました。[ 1 ]

CDX-UからLTXへの変換

PFCの完全非リサイクル化をより実現するため、CDX-U真空容器を解体し、内部に加熱式内殻を設置しました。これはCDX-UからLTXへの転換に向けた大きな一歩でした。

LTXは2008年に初めてプラズマを照射され、2010年にリチウム壁コーティングを施した最初の運転が行われた。[ 1 ]

工事

シェルは3/8インチ厚の銅板で製造され、ステンレス鋼のライナーが爆発圧着されています。LTXシェル内側のステンレス鋼製プラズマ対向面は、ショットの合間に電子ビーム蒸発装置を用いてリチウムでコーティングされます。シェル温度をリチウムの融点以上に保つことで、LTX PFC面積の90%（約5平方メートル）が非循環液体リチウムで構成されます。

LTX-β

2016年から2019年にかけてLTXはLTX-βにアップグレードされました。[ 2 ]このアップグレードにより磁場が約3分の2増加し、中性粒子入射器の加熱出力が500kW増加しました。[ 2 ]アップグレードされた施設の最初の結果は2020年8月に報告されました。 [ 3 ]

参考文献

  1. ^ a b c「リチウムトカマク実験（LTX）ファクトシート」（PDF）。2016年3月4日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2015年12月12日閲覧。
  2. ^ a bリチウムが地球上で核融合を実現できるかどうかを調べるための機械が2019年5月に完成
  3. ^改良型装置の最初の結果は、核融合発電におけるリチウムの価値を強調している2020年8月
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