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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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KSTAR 진공용기 및 플라즈마 대향 부품에 대한 베이킹 해석
이강희(K. H. Lee),임기학(K. H. Im),허남일(N. I. Her),인상렬(S. R. In),조승연(S. Y. Cho) 한국진공학회(ASCT) 1999 Applied Science and Convergence Technology Vol.8 No.4(1)
KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) 토카막 핵융합 실험장치의 진공용기는 불순물이 적은 깨끗한 플라즈마 발생을 위해 기저압력이 초고진공(10^6~10^(-7)Pa)이어야 하며 이의 실현을 위해 진공용기 내부의 불순물을 제거할 목적으로 진공용기는 250℃, 각종 플라즈마 대향 부품들은 350℃까지 베이킹 될 필요성이 있다. 본 논문에서는 계획된 베이킹 시나리오에 준하여 필요 입열율을 산출해보고 이를 근거로 적절한 베이킹 계획을 정한 후 KSTAR 질소가스 유동 베이킹 시스템에 필요한 가스의 시간에 따른 온도와 유량을 산출하였다. The base pressure of the vacuum vessel of KSTAR tokamak is to be a ultra high vacuum, 10^6~10^(-7)Pa, to produce a clean plasma with low impurity concentrations. For this purpose, vessel and plasma facing components need to be baked up to 250℃, 350℃ respectively to remove impurities from the plasma-material interaction surfaces. Here the required heating power to be supplied for baking has been calculated according to pre-assumed different temperature profiles (baking scenario) and proper baking plan for KSTAR tokamak has been proposed. Mass flow rate and temperature of nitrogen gas for baking has also been calculated.
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조승연(S. Cho),김형섭(H. S. Kim),도철진(C. J. Do),박종학(J. H. Park),사정우(J. W. Sa),엄기원(K. W. Urm),유인근(I. K. Yu),윤병주(B. J. Yoon),이강희(K. H. Lee),인상렬(S. R. In),임기학(K. H. Im),임종연(J. Y. Lim),조창호(C. H. Cho),정영수(Y. S. J 한국진공학회(ASCT) 1999 Applied Science and Convergence Technology Vol.8 No.4(1)
한국중공업(주)에서 수행한 KSTAR 진공용기 시작품 제작이 완성됨에 따라 제작과 관련된 종합기술을 소개하고 분석하여 보았다. KSTAR 진공용기는 국내에서 제작경험이 없는 대형 진공용기이다. 따라서 이번 시작품을 통하여 구조물의 일체성과 원하는 초고진공을 얻기 위한 용접 방법을 시험하여 보았으며, 보강리브와 이중벽, 그리고 다양한 종류의 포트들로 구성된 복잡한 구조물에 대한 가공 및 조립방법을 개발해 내였다. 용접부위에 기본적인 누출시험을 수행하였으며 사용된 용접방법이 시험기준을 통과함을 확인하였다. 또한 시작품의 주 목적중의 하나인 제작 전후 치수변경측정을 통하여 대형 진공용기 조립성 및 제작성을 검토하여 보았다. 이번 시작품 제작을 통하여 발생된 문제점을 파악하고 개선책을 마련함으로써 향 후 KSTAR 진공 용기 본 제품 제작할 때 반영코자 한다. KSTAR vacuum vessel mockup was fabricated by Korea Heavy Industries. The fabrication technology chosen for the mockup is introduced and assessed in this paper. KSTAR vacuum vessel is a huge vacuum chamber of 52 cubic meters never built in this country. Through the experience of the KSTAR mockup fabrication, welding methods for obtaining both ultra high vacuum and structural integrity of the large vacuum chamber are extracted. The fabrication and assembly techniques for the complicated structure composed of reinforced ribs, double walls and various ports are also developed. A nondestructive test on the welding spot was performed and the results show that no major leaks violating the criterion were found. The one of the main objectives of the mockup fabrication is to measure the dimensions of the structure before and after fabrication, which plays an important role in the fabrication and the assembly. By assaying the problems occurred during mockup fabrication, the KSTAR mockup will provide the techniques for the fabrication of the main vacuum vessel.
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