ダイバータ

ダイバータとは

ダイバータ（英: divertor）は、核融合炉の中で使用される重要な機器の一つであり、主に三つの機能を持っています。それは、粒子の排出、熱の除去、そしてプラズマの閉じ込めの改善です。これらの機能は、核融合反応を安全かつ効果的に進行させるためには欠かせません。

概要

環状型プラズマ閉じ込め装置においては、コアプラズマが内壁に向かって熱流束や粒子束を拡散し、その結果、内壁が損傷を受けてしまうことが大きな問題です。この問題を解決するために、ダイバータ磁場配位が重要な役割を果たします。この磁場配位の下では、コアプラズマからの熱流束や粒子束が特定の領域であるダイバータ領域に集中させられます。その結果、これらはScrape-Off層（SOL）を通過してダイバータプレートへ向かいます。

ダイバータ磁場配位の大きな利点は、プラズマ粒子を効果的にダイバータ部に集中させることで、熱や不純物の排出を効率的に行えることにあります。この際、ダイバータプレート以外の装置内壁への損傷を低減することも期待できます。一方で、ダイバータプレート自体への高熱負荷や粒子負荷が問題となっており、これに対処するためには、放射冷却や非接触プラズマの形成が今後の課題となっています。

ダイバータ材料

アーマ材料

ダイバータの表面部はプラズマに直接対峙するため、スパッタリングへの耐性が求められます。これに対処するため、通常は原子番号が大きい高Z材料であるタングステンや、炉心プラズマへの影響が少ない低Z材料の炭素が使用されます。国際熱核融合実験炉（ITER）では、タングステンから成るモノブロック構造のダイバータが実験初期から採用されています。

ヒートシンク材料

ダイバータに流れ込む熱は数十MW/m^2にも達します。このため、ITERでは高い熱伝導性を持つ銅合金がヒートシンク材料として選ばれています。しかし、ITER以降の原型炉においては、中性子照射による影響が深刻になるため、低放射化フェライト鋼の使用が検討されています。

おわりに

ダイバータは核融合炉における機能の一つとして、炉の効率的な運用と安定性を確保するために重要な役割を果たしています。今後、さらなる技術の進展が期待され、条件に応じた材料や設計の改良が求められるでしょう。ダイバータに関する研究は、核融合技術の進展に重要な影響を与える要素となります。

もう一度検索