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임기학(K. H. Im),김진춘(J. Kim),권경훈(K. H. Kwon),조승연(S. Y. Cho) 한국진공학회(ASCT) 1999 Applied Science and Convergence Technology Vol.8 No.4(2)
KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) 토카막 핵융합 실험 장치의 플라즈마 가열을 위한 수소 중성입자빔 수송라인 내에 설치되는 빔 스크레이퍼에 가해지는 열속 및 플라즈마에 전달되는 빔의 통과율을 해석하였다. 43 ㎝×12 ㎝ 크기의 이온원으로부터 방출되는 이온빔의 공간적 분산(수직 방향으로 1.2°, 수평 방향으로 0.5°)은 이온 가속 전장의 공간적 불균일로 인해 가우스 분산에서 다소 벗어나는 형태를 띠게 되는데, 이러한 비가우스 분산의 영향을 고려할 수 있는 수학적 모델을 정립하였다. 비가우스 분산을 기정할 경우, 이온원에 가장 근접하여 설치되는 스크레이퍼에 가해지는 수직성분의 열속은 9.1 ㎾/㎠였으며, 빔통과율은 28% 정도로 기우스 분산의 경우(약 33%)보다 훨씬 낮은 값을 보였다. 설치상의 오차에 의한 영향도 고려되었는데, 이온원이 1° 기울어졌을 때 스크레이퍼에 가해지는 최대 열속 벚 빔통과율은 약 15 ㎾/㎠, 16.6% 정도로 나타나 매우 심각한 결과를 초래함을 알 수 있었다. 이에 비해 스크레이퍼 설치상의 오차의 영향은 이보다 훨씬 작아 5 ㎜ 오차가 발생했을 경우에도 최대 열속은 12 ㎾/㎠였으나, 빔 통과율의 변화는 거의 없었다. The analysis on heat fluxes on and transmission efficiencies by the collimators of neutral beam injection lines in KSTAR tokamak device has been carried out. And a mathematical model describing non-Gaussian beam distribution profile has been established. A neutral beam injection device is composed of 3 separate ion sources and corresponding beam transport lines, which deal with 7.8 MW of beam power, respectively. The divergence angles of ion beam are 1.2° and 0.5°, in vertical and horizontal directions, respectively. The maximum normal heat load on source exit scraper is 9.1 ㎾/㎠ and net beam transmission efficiency is ~28%. The effect of misalignment of ion source and scrapers on the scraper heat load and beam transmission also has been analyzed.
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