본 연구는 저종횡비 고출력 핵융합 발전소인 ST-E1을 위한 통합 삼중수소 연료 주기 아키텍처를 개발했습니다. 이 아키텍처는 헬륨 냉각 액체 리튬 증식 블랭킷과 삼중수소 추출, 열 제거, 재고 제어를 통합한 전용 순환 루프를 결합합니다.
블랭킷 하류의 삼중수소 처리 시스템은 발전소의 동적인 삼중수소 생산 및 소비율을 수용하도록 설계된 추출, 정제, 동위원소 분리 및 저장 하위 시스템으로 구성됩니다. 재고 모델링을 통해 추출 방식을 평가하고, 삼중수소 체류 및 보유량을 분석하며, 수소 제어 및 중간 재고와 관련된 민감도를 정량화했습니다.
통합 평가 결과, 결합된 블랭킷-처리 아키텍처가 신뢰할 수 있는 작동 마진 내에서 시동 및 정상 상태 삼중수소 요구 사항을 충족하며, 낮은 전체 재고와 허용 가능한 배증 시간을 가짐을 확인했습니다. 특히, 증식비의 미미한 개선보다는 삼중수소 추출 민감도와 연료 효율이 재고 성능의 주요 동인임을 밝혀냈습니다.
이 분석은 ST-E1을 위한 자가 일관적인 연료 주기의 실현 가능성을 입증하며, 블랭킷 재고 관리, 처리 처리량 및 전반적인 발전소 성능 간의 중요한 상호 의존성을 강조합니다.
본 연구는 주요 반지름 5m, 저종횡비 토카막 핵융합 발전소인 ST-E1에서 발생하는 출력 배기 문제를 해결하고 잠재적 해법을 모색했습니다. 1D 에지 플라즈마 모델을 활용하여 이중 및 단일 널(null) 구성에서 짧고 긴 외부 다이버터 레그를 사용하여 아르곤을 주 불순물로, 텅스텐을 플라즈마 대면 부품(PFC)으로 가정하여 플라즈마 분리(detachment) 가능성을 스크리닝했습니다. 그 결과, 가장 보수적인 SOL(scrape-off layer) 폭 및 출력 가정을 제외하고는 모든 시나리오에서 분리가 가능함을 확인했습니다. 다만, 자석 설계와 불확실한 플라즈마 변수 범위 간의 균형이 필요했습니다.
SOLPS-ITER 모델링을 통해 아르곤 주입으로 피크 열유속이 15 MWm^-2 미만인 소산성 다이버터 시나리오를 달성할 수 있음을 확인했습니다. 또한, 1차벽 부하 및 리미터 위치에 대한 초기 분석을 통해 삼중수소 증식을 방해하지 않으면서 정상 상태에서 블랭킷 벽을 보호하는 것이 가능함을 보였습니다. 헬륨 냉각 PFC 기술은 높은 열유속을 처리하면서도 과도한 전력 요구 사항이 없는 매력적인 솔루션을 찾기 위한 추가 연구가 필요한 핵심 영역으로 식별되었습니다.
개념 개발을 위한 주요 과제와 균형점도 제시되었습니다. 여기에는 코어 성능 저하 없이 SOL 출력을 줄이기 위한 고방사 달성 방법, 이중 널 플라즈마에서의 출력 배기 제어 가능성, 고열유속 PFC의 기계적 설계 및 재료 문제, 그리고 재료 침식, 재증착 및 삼중수소 보유 제어 등이 포함됩니다.
