Research&Development

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2024年4月

東京大学　航空宇宙工学専攻・小紫教授らと安価で量産化可能なジャイロトロンの開発に関する共同研究を開始

Helical Fusionでは1年間定常運転を行うヘリカル核融合炉の開発を行っており、そのプラズマの加熱にはジャイロトロン数十台を用いる予定です。このためシミュレータによるジャイロトロンの最適化と量産化に向けた検討を進めています。一方、東京大学航空宇宙工学専攻小紫研究室ではロケット機体外部よりマイクロ波のエネルギーを供給する低コスト宇宙輸送システムの開発を行っており、そのマイクロ波エネルギーの供給源には量産化を念頭に開発されたジャイロトロン（UT-94）が用いられています。両者の知見を生かし、電源も含めた量産型ジャイロトロンの開発に関する共同研究を開始しました。

14

2024年2月

摂南大学・小田靖久准教授とのヘリカル型核融合炉のECRHシステムの概念設計に関する共同研究を開始

Helical Fusionでは、1年間の連続定常運転を行うヘリカル核融合炉の開発を行っており、そのプラズマ加熱には電子サイクロトロン共鳴加熱（ECRH）を用いる予定です。このためには電源の切り替えや、伝送系の熱変形の影響の緩和などを考慮してECRHシステム全体を1年間連続定常運転に適した仕様とする必要があります。このようなヘリカル核融合炉に適したECRHシステムの概念設計に関する共同研究を摂南大学の小田靖久准教授と開始しました。

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2023年10月

核融合科学研究所・本島准教授らと固体水素ペレット入射装置の開発に関する共同研究を開始

磁場閉じ込め核融合炉では、高温のプラズマに水素同位体の燃料粒子を供給する必要があります。水素同位体を冷却して固体水素の小さな粒、すなわち固体水素ペレットを作り、これを秒速数百m〜1km程度の高速でプラズマへと入射することで、核融合反応が盛んに生じるプラズマ中心部に近いところへと燃料粒子を供給することができます。Helical Fusionでは、高効率な燃料供給手法として、固体水素ペレットを金属管の中で生成し、加圧した燃料水素ガスで押し出して射出するパイプガン方式の固体水素ペレット装置の開発に関する共同研究を、核融合科学研究所の本島准教授らと開始しました。このペレット入射装置には、核融合炉から排気されたガスを純化・加圧して再利用するDIR (Direct Internal Recycling) 機能を実装し、定常運転を実証します。

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2023年10月

核融合科学研究所・山口准教授、佐竹准教授、田村准教授とコイル形状・電流の最適化に関する共同研究を開始

ヘリカル核融合炉のプラズマの形状や性能は、ヘリカルコイルや円型コイルの形状やそれぞれのコイルに流す電流に依存します。プラズマ性能を高めつつ、ブランケットを設置するための空間（ヘリカルコイルとプラズマの間の距離）を大きく取ることができれば、よりコンパクトな装置の設計が可能になります。このため、遺伝的アルゴリズムを用いてヘリカルコイルや円系コイルの形状・電流を最適化するための共同研究を、核融合科学研究所の山口准教授らと開始しました。

11

2023年8月

核融合科学研究所・小林助教と核融合炉ブランケット材料の放射化に関する共同研究を開始

重水素Dと三重水素Tの核融合、つまりDT核融合がこの宇宙で最も容易に起こせるものです。核融合初心者の人類として、まずはDT核融合炉を実現しなければならないと、Helical Fusionは考えます。DT核融合炉では核融合反応で発生するエネルギーの80%が中性子の運動エネルギーとして放出されます。この高エネルギー中性子はプラズマを閉じ込める磁力線に捉えられることなくプラズマ外に放出され、プラズマを取り囲むブランケットと呼ばれる機器で吸収されます。ブランケットが受ける熱は莫大なものとなるため、Helical Fusionでは液体金属を流すことで熱を効率的に炉外へと運び出すシステムを開発しています。この液体金属ブランケットでは、鉄鋼やセラミクスなどの構造材料で構成された筐体の中に液体金属を流します。高エネルギー中性子を直接受ける液体金属や構造材料は放射能を帯びるようになります。これらの材料を適切に選択することで、放射能を数十年から百年程度の短い期間で減衰させ、その後材料を再利用することが可能となります。そのような材料を「低放射化材料」と呼びます。Helical Fusionが開発するヘリカル核融合炉の液体金属ブランケットにおいて、どのような低放射化材料を選択するべきか調べるための数値シミュレーションを行う共同研究を、核融合科学研究所の小林助教らと開始しました。

10

2023年8月

核融合科学研究所・小野寺助教と高温超伝導導体の接続手法に関する共同研究を開始

Helical Fusionでは、核融合炉用高温超伝導導体の開発を進めています。この高温超伝導導体は、REBCOと呼ばれる高温超伝導テープ線材を積層して束ねたものです。ヘリカル核融合炉の超伝導マグネットを作るのに必要な高温超伝導導体の長さは数十kmになりますが、現在入手可能な高温超伝導テープ線材の長さは数kmであるため、これを接続して長くする必要があります。ところが高温超伝導テープ線材同士を接続するとわずかながら抵抗が生じます。超伝導マグネットといえど、この接続抵抗のジュール発熱による損失は避けられないため、接続抵抗は極力低く抑える必要があります。接続作業はヘリカルコイルなどの巻線中に現場で行われるため、極力簡便であることも求められます。簡便で、かつ低い接続抵抗を実現できる高温超伝導導体の接続手法に関する共同研究を、核融合科学研究所の小野寺助教らと開始しました。

09

2023年6月
早稲田大学・石山特別研究員と超臨界CO2タービンの開発に関する共同研究を開始

Helical Fusionでは、超臨界CO2タービンを用いた発電システムの開発に関する共同研究を、早稲田大学の石山特別研究員と開始しました。超臨界CO2タービンは同出力の水蒸気タービンよりも小型化できる他、安全面でもメリットがあると考えられています。

08

2023年5月
東北大学・伊藤悟准教授らと高温超伝導導体接続時の導体表面処理手法に関する共同研究を開始

Helical Fusionでは、核融合炉用高温超伝導導体の開発を進めています。この高温超伝導導体は、REBCOと呼ばれる高温超伝導テープ線材を積層して束ねたものです。ヘリカル核融合炉の超伝導マグネットを作るのに必要な高温超伝導導体の長さは数十kmになりますが、現在入手可能な高温超伝導テープ線材の長さは数kmであるため、これを接続して長くする必要があります。ところが高温超伝導テープ線材同士を接続するとわずかながら抵抗が生じます。超伝導マグネットといえど、この接続抵抗のジュール発熱による損失は避けられないため、接続抵抗は極力低く抑えることが求められます。接続の際に高温超伝導テープ線材の表面を処理し、接続抵抗を低減する手法の開発について、東北大学の伊藤准教授らと共同研究を開始しました。

07

2023年5月

核融合科学研究所・田村准教授と超伝導マグネットに働く電磁力の解析を行う共同研究を開始

Helical Fusionでは、高磁場を発生する高温超伝導マグネットを採用し、装置サイズを小型化した高磁場ヘリカル核融合炉の開発を進めています。高磁場中で大きな電流が流れる超伝導マグネットには非常に大きな電磁力が加わるため、それに十分耐えられる構造設計が必要となります。高磁場を実現するためのヘリカル核融合炉用超伝導マグネットの構造設計に関する共同研究を、核融合科学研究所の田村准教授と開始しました。

06

2022年11月

核融合科学研究所・浜地助教と液体金属第一壁実現のための実験を行う共同研究を開始

Helical Fusionは、液体金属ブランケットのプラズマ対向面、即ち第一壁を多孔構造とし、内部から滲み出してきた液体金属で自由表面流を形成して第一壁を被覆・保護するという研究を行なっています。小型実験装置を用いて実際に液体金属自由表面流を形成するための多孔構造を実現するための共同研究をしています。

05

2022年11月

核融合科学研究所・浜地助教と液体金属ブランケットの数値シミュレーションを行う共同研究を開始

磁場中で液体金属を流動させると、電磁流体力学（MHD）効果によってブレーキを受けたり、流れの向きが変えられたりします。ブランケット内の流路を最適化するため、液体金属ブランケットにおけるMHD効果を計算機でシミュレーションすることを目的とした共同研究をしています。

04

2022年11月

核融合科学研究所・成嶋助教と高温超伝導マグネットの開発に向けた共同研究を開始

ヘリカル型核融合炉では、プラズマを閉じ込めるための磁場を高温超伝導マグネットで作り出します。高温超伝導テープ線材を積層して金属スパイラルチューブで束ねた高温超伝導導体でコイルを作り、核融合炉相当の強い磁場中で世界最大級の高電流密度を実証することを目的とした研究開発をしています。

03

2022年8月
東北大学金属材料研究所・笠田研究室と非磁性低放射化材料の開発に向けた共同研究を開始

ヘリカル型核融合炉のブランケットには、プラズマを閉じ込めるための磁場を乱さず、かつ放射性廃棄物の量を減らせる非磁性低放射化材料を使用することが望まれます。非磁性のステンレス（オーステナイト鋼）に含有されるニッケルやモリブデンを、放射能減衰がニッケルよりも10倍早いマンガンに置き換えた「低放射化高マンガン鋼」の開発を、東北大学金属材料研究所・笠田研究室のメンバーと開始します。

02

2022年7月
徳島大学阪間教授らと液体金属ブランケット三次元中性子輸送計算についての共同研究を開始

液体金属ブランケットを装備したヘリカル型核融合炉の3D CADを用いて三次元中性子輸送計算を行い、放射線遮蔽性能、燃料製造性能、及び材料の放射化などについて評価します。

01

2022年7月
青山学院大学菅原教授らとヘリカル核融合炉ブランケットのクレーンロボットによる保守交換についての共同研究を開始

ヘリカル型核融合炉における重要機器である液体金属ブラ
ンケットの迅速な保守交換を可能とするクレーンロボットの開発を、クレーン制御を得意とする菅原研究室と行います。重いブランケットをクレーンで吊り、周りの機器にぶつけないよう精密に位置を制御しながら、かつ揺らさず、迅速に移動できるようにします。