초록 ▼

ㅇ 연구의 목적 및 내용
현재 건설 중인 ITER의 기본 운전모드는 ELMy H-mode이며 국내의 초전도 토카막인 KSTAR 역시 H-mode가 기본 운전모드이다. 그러나 실제 핵융합이 활발히 일어나는 ITER 이후 실증로나 상용로를 위해서는 중심에서 H-mode 보다 높은 β와 자발전류를 갖는 고성능 운전모드의 개발이 중요하다. 거점센터에서는 실증로를 지향한 고성능 운전모드 연구를 목표하고 있으며 이를 달성하기 위해 상대적으로 높은 베타를 올릴 수 있는 Spherical Tokamak에 높은 출력의 중심부를 가열할 수 있는

ㅇ 연구의 목적 및 내용
현재 건설 중인 ITER의 기본 운전모드는 ELMy H-mode이며 국내의 초전도 토카막인 KSTAR 역시 H-mode가 기본 운전모드이다. 그러나 실제 핵융합이 활발히 일어나는 ITER 이후 실증로나 상용로를 위해서는 중심에서 H-mode 보다 높은 β와 자발전류를 갖는 고성능 운전모드의 개발이 중요하다. 거점센터에서는 실증로를 지향한 고성능 운전모드 연구를 목표하고 있으며 이를 달성하기 위해 상대적으로 높은 베타를 올릴 수 있는 Spherical Tokamak에 높은 출력의 중심부를 가열할 수 있는 장치와 고성능 운전모드에서 전류프로파일을 제어할 수 있는 외부 전류구동 방법론이 필요하다.
제2세부과제의 목표는 고 베타 운전연구에 충분한 가열출력을 ST 토카막인 VEST에 제공하고 효율적인 신개념의 전류구동 방법론을 연구하는 것으로 첫 번째 목표는 VEST 토카막의 고 베타 운전 요건인 중심부 가열을 위한, 총 이온빔 출력 0.6MW를 갖는 펄스형 NBI를 개발하는 것이고 두 번째 목표는 저역혼합공명(Lower Hybrd Resonance) 영역의 고속파를 이용한 신개념 RF 전류구동 방법을 연구하는 것이다.

ㅇ 연구 개발 성과
• 0.6MW 중성입자빔 가열장치(NBI) 개발 및 VEST 플라즈마 NB 가열
- VEST NBI 개념설계
- VEST NBI 이온원, 전원, 빔라인 개발
- VEST NBI 시스템 컨디셔닝, 시운전을 통한 0.6MW 이상 출력 달성
- VEST NBI 운전최적화 및 기초 가열 실험
- VEST NBI 및 LHFW 커플링 향상을 위한 TF 0.2T 업그레이드
- VEST NBI 0.4 MW　전력입사를 통한 VEST 플라즈마 가열
• LHFW 신개념 전류구동 시스템 개발 및 VEST 플라즈마 전류구동
- LHFW 전류구동 이론 해석 및 전산모사
- LHFW RF 시스템(클라이스트론, 전력전송, 안테나) 구성 및 개발
- LHFW RF 시스템 통합설치 및 시운전
- LHFW RF 시스템 10 kW 안정적 운전 및 기초 커플링 실험
- LHFW RF 8 kW급 전력 입사를 통한 VEST 플라즈마 전류구동

ㅇ 연구 개발 성과의 활용 계획(기대 효과)
ㆍ VEST 토카막의 NBI, RF 가열장치 구축
ㆍ NB 가열을 통한 VEST 토카막의 고 베타 운전에 기여
ㆍ LHFW RF 전류구동 연구결과의 KSTAR에 활용
ㆍ Demo급 토카막 운전모드 연구를 위한 기반 확보


(출처 : 요약문 4P)

Abstract ▼

ㅇ Purpose & Contents
The basic operation mode of ITER being constructed is ELMy H-mode. KSTAR also adopts H-mode as its basic operation mode. However, for DEMO and commercial fusion reactor beyond ITER, it is necessary to study the advanced operation mode which has higher beta and higher bootstra

ㅇ Purpose & Contents
The basic operation mode of ITER being constructed is ELMy H-mode. KSTAR also adopts H-mode as its basic operation mode. However, for DEMO and commercial fusion reactor beyond ITER, it is necessary to study the advanced operation mode which has higher beta and higher bootstrap current ratio. In Advanced Tokamak Reactor research center, it aims to study of advanced operation mode of tokamak. To achieve the goal, a high power Neutal Beam Injection system to provide heating capability in the core of speherical tokamak which can achieve a high beta plasmas compared to conventional tokamak and a new and efficient concept of current drive method are necessary. The research goal of the 2nd project of the research center is to supply 0.6 MW NB heating power enough to study the high beta operation mode and to research a new concept RF current drive by using LH fast wave branch.

ㅇ Results
• Development of the 0.6 MW NBI system and Heating experiment
- Conceptual design of the VEST NBI
- Development of VEST NBI sub-systems(Ion source, Power, Beam-line)
- Performance test of the VEST NBI system
- Optimization of VEST NBI and basic heating experiment
- TF 0.2T upgrade for the improvement of NB and LHFW coupling
- VEST NBI0.4 MW power injection and VEST plasma heating
• Development of the LHFW Current Drive(CD) technology
- Theoretical analysis and computer simulation of the LHFW CD
- Development of the LHFW RF system
- Integral installation and test of LHFW RF system
- 10 kW stable operation of LHFW RF system and basic coupling experiemnt
- VEST plasma LHFW current drive through 8 kW RF power injection

ㅇ Expected Contribution
. The construction of the NBI and RF heating system on VEST
. The contribution to the high beta-N operation on VEST by NB heating
. The utilization of LHFW research results to KSTAR
. The establishment of the basis of the operation mode study on DEMO reactor


(출처 : SUMMARY 5P)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• SUMMARY ... 5
• Contents ... 6
• 목차 ... 7
• 1. 연구 개발 과제의 개요 ... 8
• 1-1. 연구 개발 목적 ... 8
• 1-2. 연구 개발의 필요성 ... 9
• 1-3. 연구 개발 범위 ... 10
• 2. 국내외 기술 개발 현황 ... 14
• 3. 연구 수행 내용 및 결과 ... 16
• 3-1. 0.6MW 중성빔 가열장치(NBI) 개발 및 가열 실험 ... 16
• 1. VEST NBI 개념설계 ... 16
• 2. VEST NBI 시스템 개발 ... 20
• 3. VEST NBI 시스템 시운전 및 성능평가 ... 47
• 4. VEST NBI 운전최적화 및 기초가열 실험 ... 55
• 5. VEST NBI 및 LHFW 커플링 향상을 위한 TF 0.2T 업그레이드 ... 61
• 6. VEST NBI 가열 실험 및 평가와 high β를 위한 NBI 운전 연구 ... 67
• 3-2. LHFW 신개념 전류구동 기술 개발 ... 72
• 1. LHFW 전류구동 이론 해석 및 전산모사 ... 72
• 2. LHFW RF 시스템 구성 및 개발 ... 84
• 3. LHFW RF 시스템 통합 시운전 및 VEST 사이트 설치 ... 101
• 4. LHFW RF 시스템 안정적 운전 및 기초 커플링 실험 ... 112
• 5. LHFW RF 고전력 커플링과 전류구동의 실험 및 평가 ... 121
• 4. 목표 달성도 및 관련 분야 기여도 ... 143
• 4-1. 목표 달성도 ... 143
• 4-2. 관련 분야 기여도 ... 144
• 5. 연구 결과의 활용 계획 ... 147
• 6. 연구 과정에서 수집한 해외 과학 기술 정보 ... 148
• 7. 연구 개발 결과의 보안 등급 ... 151
• 8. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 152
• 9. 연구 개발 과제 수행에 따른 연구실 등의 안전 조치 이행 실적 ... 153
• 10. 연구 개발 과제의 대표적 연구 실적 ... 154
• 11. 기타 사항 ... 155
• 12. 참고 문헌 ... 156
• 끝페이지 ... 158