초록 ▼

${\ulcorner}$국가 핵융합 연구개발 기본계획${\lrcorner}$에 따라 선도기술 개발사업 (G7)의 일환으로 1995년 말 착수한 ${\ulcorner}$차세대 초전도 핵융합 연구장치 (KSTAR)${\lrcorner}$ 개발사업은 1998년 8월 장치의 개념설계, 기본설계와 기반기술 R&D 목표를 성공적으로 달성하였다. 1998년 9월부터 시작된 제2단계 사업에서는 토카막 장치의 제작을 위한 공학설계를 2002년 6월까지 완성하고 이와 병행

${\ulcorner}$국가 핵융합 연구개발 기본계획${\lrcorner}$에 따라 선도기술 개발사업 (G7)의 일환으로 1995년 말 착수한 ${\ulcorner}$차세대 초전도 핵융합 연구장치 (KSTAR)${\lrcorner}$ 개발사업은 1998년 8월 장치의 개념설계, 기본설계와 기반기술 R&D 목표를 성공적으로 달성하였다. 1998년 9월부터 시작된 제2단계 사업에서는 토카막 장치의 제작을 위한 공학설계를 2002년 6월까지 완성하고 이와 병행하여 주장치의 핵심부분인 진공용기 (Vacuum Vessel)와 저온용기(Cryostat)의 제작에 착수하는데 까지 과제를 수행하였다. 주요 연구개발 대상품은 진공용기, 저온용기, 초전도자석 구조물, 진공 배기계, 플라즈마 대향부품, 열 차폐체, 그리고 In-vessel Control Coil등을 들 수 있다.
진공용기, 저온용기 구조물 개발은 본 과제에서 차지하는 비중이 가장 크며, 본 과제를 통해 제작성을 고려한 상세설계도, 제작사양서, 각종 제작절차서를 완성하였고, ASME Code기준에 따른 구조해석을 통하여 토카막 자중, 진공압력, 플라즈마 이상거동하중, 지진하중 등의 정적/동적하중에 대한 구조물의 안정성을 검증하였다. 그리고 62도 섹터의 실규모 선행품 생산을 통해 기술적 난제를 해결, 제작기법을 확립하였다. 초전도자석 구조물 개발에서는 구조물의 구조적, 열적, 전기적 요구조건을 만족하는 상세한 공학설계와 열${\cdot}$구조해석을 완료하여 공학설계도면, 제작사양서, 제작절차서, 및 조립절차서 등이 완성하였다. 위의 결과는 ITER 초전도시스템 설계팀으로 workshop을 통해 검증을 받았고, TF 코일 구조물에 대한 선행생산품 제작을 수행하여 본제품 제작을 위한 만전의 준비를 완료하였다.
PFC 부품 관련 연구는 제작설계를 뒷받침하는 해석이 완료되었고 Inboard Limiter에 대한 상세도 작성, 설계 사양서 작성 및 Fluent 코드를 이용한 열수력학 계산을 수행하였다 열 차폐체에 대한 연구결과는 기 확립된 개념 설계를 바탕으로 외부 전문기관인 프랑스 Air Liquide사에서 공학설계를 진행하고 있으며, 조립의 수월성을 감안하여 국내 제작을 위한 타당성 검토가 진행중에 있다. 제어 코일은 과제 초기에 설계된 기존 제어코 일이 제작상의 문제, 용기내 다른 부품들 간의 간섭문제, 구조적 취약성으로 인한 냉각수 유출 등의 중대사고의 위험성, 그리고 유지${\cdot}$보수가 거의 불가능한 단점이 지속적으로 제기되어 2001년 6월 이후에는 세그멘트 형 코일 시스템으로 설계 개념을 전환하였다. 이와 같이 변경된 개념에 대하여 국내${\cdot}$외 전문가들로부터 그 타당성을 검증 받은 바 있으며 현재까지 구조적인 안정성을 확보하고 효과적인 코일 시스템을 제작하기 위한 개념 설계 및 기본 공학설계가 진행되고 있다

Abstract ▼

Final goal of this project is fabrication and assembly of vacuum vessel, plasma facing component, in-vessel control coil, magnet structure, thermal shield, and cryostat. etc. Serveral prototype structure were fabricated for developing fabrication technique and assembly skill.
Objectives
- Comp

Final goal of this project is fabrication and assembly of vacuum vessel, plasma facing component, in-vessel control coil, magnet structure, thermal shield, and cryostat. etc. Serveral prototype structure were fabricated for developing fabrication technique and assembly skill.
Objectives
- Complete engineering design and start fabrication of vacuum vessel with vacuum capacity of $10^{-8}$ torr
- Complete engineering design and start fabrication of cryostat with vacuum capacity of $10^{-5}$ torr
- Complete engineering design and start fabrication of vacuum exhaust system
- Complete vacuum vessel prototype fabrication
- Complete engineering design of magnet structure
- Start magnet structure prototype fabrication
- Complete engineering design of plasma facing components
- Complete conceptual design and start engineering design of in-vessel control coil
- Combine of sub-system design
- Interfacing of main system, auxiliary system, and utility
- Developing assembly procedure

목차 Contents

• 제 1 장 연구개발과제의 개요 ,...25
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황...31
• 제 1 절 국내 기술개발 현황...32
• 제 2 절 국외 기술개발 현황...35
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...40
• 제 1 절 Plasma Facing Components(PFC)...41
• 1. PFC 개요 및 설계 요건...41
• 2. PFC 설계 사양...58
• 3. Inboard Limiter 시작품 제작...131
• 4. PFC 조립 절차...138
• 제 2 절 진공용기 설계 및 해석...144
• 1. 서론...144
• 2. 진공용기 설계조건...148
• 3. 진공용기 형상 구조...152
• 4. 진공용기 설계 해석...171
• 5. 베이킹/냉각 시스템 설계...232
• 6. Interface 정의...249
• 7. 진공용기 선행생산품 제작...250
• 8. 결론...333
• 제 3 절 초전도자석 구조물 개발...335
• 1. 서론...335
• 2. 주요 요구조건...339
• 3. 공학설계...345
• 4. 조립...427
• 5. 선행 생산품 제작...429
• 6. 초전도 자석구조물 최종 VPI 공정확립...435
• 제 4 절 Cryostat...447
• 1. 서론...447
• 2. 저온용기 설계 요구조건...447
• 3. 저온용기 형상...452
• 4. 저온용기 설계 및 구조해석...456
• 5. 저온용기 제작...493
• 6. Local I & C...502
• 7, 결론...503
• 제 5 절 Thermal Shields...505
• 1. 서론...505
• 2. 설계 개념...508
• 3. 설계 요구 조건...513
• 4. 개념 설계...521
• 5. 결론...543
• 제 6 절 KSTAR 진공용기 내 제어코일의 설계·제작...544
• 1. 진공용기 내 제어코일 시스템의 기능 및 요구 조건...544
• 2. 제어코일 시스템 설계...547
• 3. IVCC 지지구조물...586
• 4. 제어코일 세그먼트의 종단부 설계...598
• 5. 제어코일의 진공 인입부 설계...600
• 6. 제어코일 냉각수 계통 사양...601
• 7. 결론 및 앞으로의 계획...604
• 제 7 절 진공 배기계, 연료 주입계 및 내벽 처리계 설계...607
• 1. 서론...607
• 2. 진공용기 배기계...607
• 3. 저온용기 배기계...623
• 4. 연료 주입계...626
• 5. 내벽 처리계...633
• 6. 진공용기 배기관 Baking System...633
• 제 4 장 연구 개발목표 달성도 및 대외기여도...637
• 제 1 절 연구개발 목표 달성도...638
• 제 2 절 기술 발전의 기여도...653
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...656
• 제 1 절 추가 연구의 필요성...657
• 제 2 절 타 연구에의 응용...658
• 1. 특수지지구조물 설계기술...658
• 2. 대형 구조물 용접기술...660
• 3. 대형 구조물 공학설계 기술...662
• 4. 대용량 초고진공 기술...663
• 5. 초정밀 측량 및 정렬기술...664
• 6. 초정밀 가공기술...666
• 7. 3차원 열/구조해석 및 전자기력 해석 기술...667
• 제 3 절 기업화 추진 방안...668
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...669
• 제 7 장 참고문헌...681
• [특정연구개발사업 연구결과 활용계획서]...691
• 부록 1. 학술지 게재 및 학회 발표 논문 목록...718
• 부록 2. 학술지 게재 논문...732