DE4344825A1 - Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft allgemein einen inneren Bestandteil oder eine innere Struktur eines Fusionsreaktors und speziell einen inneren Bestandteil oder eine innere Struktur eines Fusionsreaktors mit einer Kühlanordnung zum Abführen von Wärme, die durch thermische Belastung von einem Plasma oder einer nuklearen Reaktion verursacht wird.

Heutzutage werden in vielen Ländern, einschließlich Japan, Anstrengungen in Forschung und Entwicklung in Bezug auf nukleare Fusionsreaktoren unternommen, die als eine der versprechenden zukünftigen Energiequellen angesehen werden. Tatsächlich wurden in großem Maßstab Plasma-Prüfvorrichtungen aufgebaut, um die Prüfung der Aussichten verschiedener physikalischer Eigenschaften zu ermöglichen, wie z. B. der Plasmaphysik, der Steuerung von Verunreinigungen, Plasmaheizen, der Brennstoffzufuhr und Tritium-Brüten in nuklearen Fusionsreaktoren, den Tokamak-Reaktor, der als Repräsentant nuklearer Fusionsreaktoren betrachtet wird, einschließend.

Die derzeitige Konstruktion nuklearer Fusionsreaktoren trifft auf Schwierigkeiten beim Schutz innerer Reaktorbestandteile für das Einschließen von Plasma innerhalb des Reaktors gegen Hitze. Spezieller umfassen innere Bestandteile eines nuklearen Fusionsreaktors nicht- Tritium-brütende innenseitige Brutmantel-Bestandteile und Tritium-brütende außenseitige Brutmantel-Bestandteile, die in kreisumfänglicher Richtung eines Vakuumgefäßes eines torischen Typs dicht angeordnet sind, sowie Divertoren, d. h. Ableiter für Verunreinigungen, die innerhalb des Vakuum­ gefäßes in oberen und/oder unteren Raumbereichen zum Abführen von He, welches ein Plasma-Reaktionsprodukt darstellt, angeordnet sind, wodurch eine innere Reaktorstruktur ausgebildet wird. Die Anordnung ist so ausgebildet, daß das Plasma in dem Torus-Innenraum, der durch die vorstehend beschriebene Reaktor-Innenstruktur definiert wird, durch eine toroidale Feldspule oder eine poloidale Feldspule eingeschlossen ist.

Die Reaktor-Innenbestandteile eines nuklearen Fusionsreaktors weisen eine Kühlanordnung auf, um Wärme, die aus dem Plasma zur Reaktor-Innenstruktur übertragen wurde, mittels eines Kühlmittels, wie z. B. Wasser, das in die Kühlanordnung eingebracht ist, abzuführen.

Die dem Plasma vergleichbar nahe angeordnete Kühlanordnung empfängt thermische und Partikel-Belastungen aus dem Plasma. Zusätzlich steht die Kühlanordnung unter Einwirkung vieler aus dem Plasma abgestrahlter Tritiumstrahlen, da die derzeitige Konstruktion nuklearer Fusionsreaktoren die als D-T-Reaktion bekannte Deuterium- Tritium-Reaktion einsetzt [D + T → ⁴He(3,5 MeV) + n(14,1 MeV)], wobei das radioaktive Tritium höchste Sorgfalt bei seiner Handhabung erfordert.

In der Reaktor-Innenstruktur eines nuklearen Fusionsreaktors wird Tritium, das im wesentlichen nicht natürlich existiert, durch die Wirkung von aus dem Plasma abgeleiteten Neutronen erzeugt, wobei während der Erzeugung von Tritium generierte nukleare Reaktionswärme durch die Kühlanordnung in den Brutmantel-Bestandteilen abgeführt wird. Daher ist die Kühlanordnung in der Reaktor-Innenstruktur nuklearer Reaktionswärme und Tritium ausgesetzt. Somit muß die Kühlanordnung in einer Umgebung betrieben werden, die der Kühlanordnung erhebliches an Hitze, Partikeln und Tritium zuführt.

Die Kühlanordnung ist daher typischerweise wie in Fig. 16 dargestellt aufgebaut. Im speziellen weist die Kühlanordnung 1 einen inneren Kühlwasserkanal 2 auf, um Kühlwasser als Kühlmittel hierdurch zirkulieren zu lassen. Eine derartige Kühlanordnung ist für die innenseitigen und außenseitigen Brutmantel-Bestandteile und Divertoren, die in den inneren Reaktorbestandteilen oder -strukturen angeordnet sind, geeignet.

Die Kühlanordnung zum Kühlen des inneren Reaktorbestandteils neigt aufgrund vorstehend beschriebener thermischer und Partikel-Belastungen und weiterer Gründe, wie z. B. der Einwirkung während des Betriebs des nuklearen Fusionsreaktors erzeugter elektromagnetischer Kräfte, tendenziell zur Bildung kleiner Risse und Schäden. Derartige kleinen Risse oder Schäden der Kühlanordnung führen tendenziell zur Leckage des Kühlmittels. Wenn eine Leckage des Kühlmittels innerhalb des Vakuumgefäßes auftritt, senkt dies auf unerwünschte Weise das Vakuumniveau innerhalb des Gefäßes, welches den Betrieb des nuklearen Fusionsreaktors stark beeinflußt.

Die außenseitigen Brutmantel-Bestandteile enthalten als Teil der Reaktor-Innenstruktur Lithiumoxyd zum Brüten von Tritium. Zusätzlich herrschen während des Betriebs des nuklearen Fusionsreaktors einige hundert Grad Celsius innerhalb des Brutmantels. Daher besteht das Risiko, daß aus der Kühlanordnung unter Leckbildung ausgetretenes Kühlmittel mit dem Lithiumoxyd unter chemischer Reaktion sowie schneller Verdampfung des Kühlmittels in Kontakt tritt, wodurch die Funktionen der Bestandteile innerhalb des Reaktors behindert werden.

Darüber hinaus können die Risse und Schäden, obwohl diese am Beginn klein sein können, wachsen und zu einem kritischen Unfall oder Schwierigkeiten, wie einem Bersten der Kühlanordnung und Verlust des Kühlmittels führen, falls geeignete Maßnahmen, wie deren Reparatur, nicht durchgeführt werden.

Das aus dem Plasma abgestrahlte Tritium tritt durch das Material der Kühlanordnung, um so verteilt zu werden, um das Kühlmittel zu erreichen, wodurch das Kühlmittel kontaminiert wird.

Darüber hinaus unterliegt der Betrieb eines nuklearen Fusionsreaktors häufig abnormen Zuständen, wie z. B. einer Unterbrechung, bei welcher das Plasma plötzlich verlöscht. Im Falle einer derartigen Abnormalität werden gewaltige elektromagnetische Kräfte erzeugt, die zur Zerstörung oder Schädigung des Kühlsystems führen können.

Im Hinblick auf vorstehend beschriebene Umstände besteht eine der vorliegender Erfindung zugrundeliegenden Aufgaben darin, die Schäden und Nachteile, auf welche man beim Stand der Technik trifft, zu vermeiden und einen inneren Bestandteil oder eine innere Struktur eines Fusionsreaktors bereitzustellen, die im Hinblick auf Sicherheit durch mehrfachen Schutz gegen thermische/Partikel-Belastungen, die aus einem Plasma und andernorts durch eine Kühlanordnung empfangen werden, zu verbessern.

Eine weitere Aufgabe vorliegender Erfindung besteht darin, einen inneren Bestandteil oder eine innere Struktur eines Fusionsreaktors bereitzustellen, in welcher ein Leck eines Kühlmittels aufgrund kleiner Rißbildungen und Schäden in einer Kühlanordnung unmittelbar erfaßbar ist und eine Tritium-Kontamination des Kühlmittels beschränkt werden kann.

Diese und weitere Aufgaben können gemäß vorliegender Erfindung durch Bereitstellung eines inneren Bestandteils eines Fusionsreaktors erreicht werden, in welchem eine innere Strukturbaugruppe in einem torischen Vakuumgefäß entlang dessen kreisumfänglicher Richtung ausgerichtet beherbergt ist und in welchem ein Hochtemperatur-Plasma, in dem Wasserstoff und Wasserstoffisotope in einem Plasmazustand gehalten werden, in einem durch die innere Strukturbaugruppe definierten torischen Innenraum eingeschlossen werden, wobei der innere Bestandteil umfaßt: eine Kühlanordnung mit einer Mehrfach-Wandstruktur mit mehreren Wänden, die an/in der inneren Strukturbaugruppe ausgebildet sind, und einen in der Kühlanordnung ausgebildeten Strömungskanal für ein Kühlmittel zum Abführen von durch Plasma und Nuklearreaktion erzeugter Wärme.

In einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt die innere Strukturbaugruppe eine Vielzahl von außenseitigen Brutmantel-Baugruppen, die jede eine dem Plasma zugewandte Oberfläche haben, eine Vielzahl von innenseitigen Brutmantel- Baugruppen, die jede eine dem Plasma zugewandte Oberfläche haben, und eine Vielzahl von Divertor-Baugruppen, die jede eine dem Plasma zugewandte Seite haben, wobei die außenseitigen Brutmantel-Baugruppen und die innenseitigen Brutmantel-Baugruppen und die Divertor-Baugruppen entlang der kreisumfänglichen Richtung des torischen Vakuumgefäßes angeordnet sind und jede der außenseitigen Brutmantel- Baugruppen und der innenseitigen Brutmantel-Baugruppen und der Divertor-Baugruppen mit der an der dem Plasma zugewandter Seite ausgebildeten Kühlanordnung ausgestattet sind.

In detaillierten Ausführungsformen ist die Mehrfach- Wandstruktur der Kühlanordnung aus einem Innenwandelement gebildet, in welchem ein Strömungskanal für das Kühlfluid gebildet ist und einem Außenwandelement gebildet, welches das Innenwandelement mit einer dazwischen ausgebildeten Spalte oder Lücke umgibt. Eine Leck-Erfassungseinrichtung ist so bereitgestellt, daß diese mit der Spalte zum Erfassen eines Lecks bzw. Austretens des Kühlfluids in die Spalte zwischen dem inneren und äußeren Wandelement kommuniziert.

Eine Spalte ist zwischen den mehreren Wänden ausgebildet und ein Wasserstoff-Prozessor, der mit der Spalte kommunizieren kann, ist bereitgestellt, um Wasserstoff und Wasserstoffisotope, welche in die Kühlanordnung eintreten, abzutrennen und zu speichern. Der Wasserstoff-Prozessor ist für ein Gas-Zirkulationssystem bereitgestellt, in welchem Gas, d. h. ein Inertgas wie z. B. Helium, zirkuliert, wobei ein Innenraum des Wasserstoff-Prozessors in eine Prozeßgaskammer des Gas-Zirkulationssystems und eine Prozeßkammer zum Speichern von Wasserstoff und Wasserstoffisotopen durch eine Wasserstoff-permeable Membran, die für Wasserstoff und Wasserstoffisotope permeabel ist, eingeteilt ist. Der Wasserstoff-Prozessor kann wenigstens Wasserstoff und/oder Wasserstoffisotope, die durch die Wasserstoff-permeable Membran abgetrennt wurden, oxydieren. Ein Wasserstoff-Getter ist in der Prozeßkammer des Wasserstoff-Prozessors beherbergt und abgetrennter Wasserstoff und abgetrennte Wasserstoffisotope werden an dem Wasserstoff-Getter absorbiert bzw. adsorbiert und durch diesen gespeichert.

Eine Lücke bzw. Spalte ist zwischen den mehrfachen Wänden ausgebildet und Gas- und Flüssigkeits- Zirkulationssysteme kommunizieren mit der Spalte, wobei die Zirkulationssysteme eine Einrichtung zum Messen einer Änderung eines Druckzustands; eines Wassergehaltes und einer Temperatur in einem Gas und einer Flüssigkeit, die durch die Kühlanordnung strömen, enthalten. Eine Spalte ist zwischen den mehrfachen Wänden der Kühlanordnung ausgebildet und eine Druck-Detektionseinrichtung, die mit der Spalte kommunizieren kann, ist bereitgestellt, um ein Leck aus der Kühlanordnung mittels eines in der Spalte existierenden Gases zu erfassen.

Ein Detektor zum Erfassen eines Gases ist an einem mit dem Innenraum des torischen Vakuumgefäßes kommunizierenden Auslaß bereitgestellt, um ein Leck des Gases aus der Kühlanordnung durch den Innenraum des Vakuumgefäßes zu erfassen.

Eine Vielzahl von Auslässen, die mit dem Innenraum des torischen Vakuumgefäßes kommunizieren, sind in kreisumfänglicher Richtung des Vakuumgefäßes angeordnet und Detektoren zum Erfassen eines Gases sind jeweils an den Auslässen angeordnet, um die Stelle, durch welche das Gas aus der Kühlanordnung tritt, zu erfassen.

Eine Spalte ist zwischen den mehrfachen Wänden der Kühlanordnung ausgebildet und Metalldrähte mit hoher Wärmeleitfähigkeit sind in der Spalte angeordnet. Die Metalldrähte sind aus dem gleichen Material wie das der Kühlanordnung gebildet oder aus einem Material mit einer Wärmeleitung, die höher als diejenige des die Kühlanordnung bildenden Materials ist, gebildet.

Die mehreren Wände sind eng ineinander eingepaßt mit teilweisen Spalten, die zwischen den mehreren Wänden als Kanäle ausgebildet sind, durch welche ein Fluid strömen lassen wird.

Die Mehrfach-Wandstruktur hat eine Dicke, die an der dem Hochtemperatur-Plasma zugewandten Seite vermindert ist.

Die Mehrfach-Wandstruktur hat Rechteckform im Querschnitt oder kann eine Kreisform im Querschnitt haben, zusammengesetzt aus inneren und äußeren Rohrelementen.

Die Kühlanordnung ist einstückig mit der dem Plasma zugewandten Oberfläche jeder außenseitigen Brutmantel- Baugruppe, innenseitigen Brutmantel-Baugruppe und Divertor- Baugruppe ausgebildet. Die Kühlanordnung kann zu der dem Plasma zugewandten Oberfläche jeder außenseitigen Brutmantel- Baugruppe, innenseitigen Brutmantel-Baugruppe und Divertor- Baugruppe getrennt ausgebildet sein und die Kühlanordnung ist in diesem Fall an deren Oberfläche befestigt.

Gemäß der vorstehend beschriebenen Erfindung sind in den inneren Bestandteilen oder Strukturen des Fusionsreaktors in erfindungsgemäßer Weise die Kühlanordnungen, die in den im torischen Vakuumgefäß angeordneten inneren Strukturbaugruppen ausgebildet sind, als Mehrfach-Wandstrukturen ausgebildet und Kühlfluid-Kanäle sind in den Kühlanordnungen gebildet, wodurch mehrfacher Schutz gegenüber thermischer und Partikel-Belastung, die von den Kühlanordnungen aus dem Plasma empfangen werden, erreicht wird. Um die Wärmeleitung zwischen mehreren Wänden in den Kühlanordnungen zu verbessern, sind die mehreren Wände eng ineinander eingepaßt oder metallische Drähte sind in den zwischen den mehreren Wänden ausgebildeten Spalten vorgesehen und die Dicke der Mehrfach-Wände wird zur weiteren Verbesserung der Wärmeleitung geändert, wodurch mehrfacher Schutz erreicht wird, ohne die Kühlfunktion innerer Bestandteile zu beeinträchtigen. In den Kühlanordnungen sind die Strömungskanäle, durch welche ein Fluid strömt, als teilweise Spalten bzw. Lücken zwischen eng eingepaßten Oberflächen der mehreren Wände bzw. der Mehrfach-Wände ausgebildet und die Funktion einer Leckerfassung des Kühlmittels wird durch die Strömungskanäle oder Spalten zwischen den mehreren Wänden bereitgestellt, wodurch es möglich wird, selbst eine geringfügige Kühlmittelleckage aufgrund von Rißbildung oder Schäden in den Kühlanordnungen zu erfassen. Es ist daher möglich, ein Zerbersten oder einen Schaden der Kühlanordnungen, mit weiterer Entwicklung von Rissen oder Brüchen der inneren Strukturen des Fusionsreaktors oder einen Unfall aufgrund von Kühlmittelverlust wegen eines Risses oder Schäden in den Kühlanordnungen, zu verhindern.

Falls die Art und das Mischungsverhältnis der Fluide, die durch die zwischen den mehreren Wänden der Kühlanordnung ausgebildeten Spalte oder durch die Strömungskanäle, die als teilweise Spalten ausgebildet sind, strömenden, geeignet ausgewählt ist, kann die Stelle in den Kühlanordnungen, an welcher Rißbildungen oder Schäden auftraten, ermittelt werden. Es ist daher möglich, zügig Maßnahmen zur Reparatur und Wartung innerer Bestandteile oder Strukturen des Fusionsreaktors durchzuführen. Die Zuverlässigkeit des Fusionsreaktors wird hierdurch erhöht.

Ferner wird eine Funktion des Anordnens bzw. Einfangens von Tritium, das durch die Kühlanordnungen durch die zwischen den mehrfachen Wänden der Kühlanordnungen ausgebildeten Spalten tritt oder durch Strömungskanäle, die teilweise Spalten bilden, tritt, bereitgestellt und Wasserstoff-Speicherlegierungen werden verwendet, um einen Teil des gesamten Materials der mehrfachen Wände zu bilden. Die Menge des durch die Kühlanordnung tretenden und diffundierenden und in das Kühlmittel eintretenden Tritiums kann dadurch wirksam gesenkt werden, wodurch die Tritium- Kontamination des Kühlmittels beschränkt wird.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen unter Bezugnahme auf einzelne Ausführungsformen detaillierter beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts der rechten Hälfte eines Fusionsreaktors mit einem inneren Bestandteil oder einer inneren Struktur, die mit einer erfindungsgemäßen verbesserten Kühlanordnung ausgestattet ist,

Fig. 2 die Darstellung des Äußeren eines Brutmantel- Segmentes einer außenseitigen Brutmantel-Baugruppe, welche den inneren Bestandteil des Fusionsreaktors bildet,

Fig. 3 eine Darstellung der Verbindung zwischen jedem außenseitigen Brutmantel-Segment und Zirkulationssystemen, durch welche Kühlwasser und Inertgas, wie z. B. Heliumgas, zirkulieren,

Fig. 4 eine Prinzip-Darstellung eines in dem Inertgas-Zirkulationssystems bereitgestellten Wasserstoff- Prozessors,

Fig. 5A und 5B perspektivische Ansichten in teilweisem Querschnitt, die ein Brutmantel-Segment entlang der Linie V-V der äußeren Brutmantel-Einheit zeigen,

Fig. 6 eine vergrößerte perspektivische Darstellung eines in Fig. 5 gezeigten Abschnitts A,

Fig. 7 eine Querschnittsdarstellung einer in einer ersten Wand jedes außenseitigen Brutmantel-Segmentes ausgebildeten Kühlanordnung,

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht eines in dem Vakuumgefäß des Fusionsreaktors bereitgestellten Divertorsegmentes,

Fig. 9 eine vergrößerte Darstellung eines in Fig. 8 dargestellten Abschnitts B,

Fig. 10 eine Querschnittsdarstellung einer in dem Divertor bereitgestellten Kühlanordnung,

Fig. 11 eine Querschnittsdarstellung einer Verbindung zwischen der Divertor-Kühlanordnung und einem Verteiler,

Fig. 12 eine Querschnittsdarstellung eines Beispiels einer Abwandlung der in jedem außenseitigen Kühlmantelsegment bereitgestellten Kühlanordnung,

Fig. 13 eine knapp gehaltene Darstellung einer perspektivischen Ansicht einer Wandstruktur, die mit einer Kühlanordnung ausgestattet ist, welche bei einer inneren Strukturbaugruppe für den Innenbestandteil eines Fusionsreaktors verwendet wird,

Fig. 14 die Darstellung eines Strömungszustands von Kühlwasser in der Kühlanordnung aus Fig. 13,

Fig. 15 ebenfalls eine Darstellung eines abgewandelten Strömungszustands des Kühlwassers in der Kühlanordnung und

Fig. 16 eine Querschnittsdarstellung einer beispielsweise in einem herkömmlichen Brutmantel eines Fusionsreaktors bereitgestellten Kühlanordnung.

Nachstehend werden innere Bestandteile oder eine innere Struktur eines Fusionsreaktors gemäß einer Ausführungsform vorliegender Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung der rechten Hälfte eines Tokamak- Fusionsreaktors, bei welchem vorliegende Erfindung Anwendung findet. Dieser Fusionsreaktor hat ein adiabatisches Vakuumgefäß vom Torus-Typ, d. h. ein torisches Vakuumgefäß 12 zum Einschließen des Hochtemperatur-Plasmas 11. Das Vakuumgefäß 12 ist in einem Kryostaten 10 mit einer Höhe von beispielsweise 30 m untergebracht. Das Vakuumgefäß 12 hat eine Höhe von beispielsweise 20 m, und eine Vielzahl von Spulen 13 zum Erzeugen magnetischer, das Plasma umgebender Kraftfeldlinien ist um das Vakuumgefäß 12 vorgesehen. Die Spulen 13 umfassen eine ringförmige Feldspule 14 zum Erzeugen magnetischer Kraftlinien in axialer Richtung (ein ringförmiges Magnetfeld), eine nicht dargestellte Stromtransformator-Luftspule zum Erzeugen eines Plasmastroms, eine poloidale Feldspule 15 zum Anlegen eines poloidalen magnetischen Feldes in Richtung des Uhrzeigers in Bezug auf die Richtung des Plasmastroms und Positions-/Form- Steuerspulen zum Steuern der Position und der Querschnittsform des Plasmas 11.

Eine innere Strukturbaugruppe 18 ist in dem Vakuumgefäß 12, d. h. in der Vakuumkammer 12 angeordnet. Ein innerer Ringraum 19, in welchem erzeugtes Plasma eingeschlossen wird, ist auf der Innenseite der inneren Strukturbaugruppe 18 ausgebildet. Die innere Strukturbaugruppe 18 wird durch aus Segmenten bestehende Gruppen von in kreisumfänglicher Richtung in dem Vakuumgefäß 12 eng angeordneten Komponenten gebildet. Die innere Strukturbaugruppe 18 umfaßt eine Vielzahl nicht-Tritium- brütender innenseitiger Brutmantel-Baugruppen 21, die an der inneren kreisumfänglichen Seite des Vakuumgefäßes 12 angeordnet sind, eine Vielzahl Tritium-brütender außenseitiger Brutmantel-Baugruppen 22, die an der äußeren Kreisumfangsseite des Vakuumgefäßes 12 angeordnet sind und Divertoren 23, d. h. Ableiter für Verunreinigungen 23, die in kreisumfänglicher Richtung entlang oberer und unterer Wände des Vakuumgefäßes 12 angeordnet sind. Die Divertoren 23, die jeder die Form eines Platten-ähnlichen Elementes haben, sind als Vorrichtung zum Abführen von Helium aufgebaut, das ein Reaktionsprodukt des Plasmas 11 ist.

Der Innenraum 19 des torischen Vakuumgefäßes 12 ist durch eine Gruppe oberer Zugänge zur Inspektion, Wartung und Austausch der inneren Strukturbaugruppe 18 zugänglich, eine Gruppe horizontaler Zugänge 26, die als Verbindungsöffnungen bereitgestellt sind und eine Gruppe unterer Zugänge 27 sind als Wartungsöffnungen bzw. Wartungszugänge vorgesehen. Beispielsweise hat jede der Gruppen oberer, horizontaler und unterer Zugänge 25, 26 und 27 zehn und einige weitere Zugänge, die entlang der Ring-Richtung des Vakuumgefäßes 12 ausgebildet sind. Eine Öffnung jedes oberen Zugangs 25 ist mit einem Abschirmstopfen bzw. Abschirmverschluß 28 bedeckt. Jeder horizontale Zugang 26 ist mit einem nicht dargestellten Plasmaheizer und einer Plasma-Meßeinrichtung oder ähnlichem verbunden.

Ein Auslaß 30 verzweigt von einem Zwischenabschnitt jedes unteren Zugangs 27 und ein Heliumdetektor 31 ist als Gas-Detektionseinrichtung, d. h. als Leck-Detektor an einem Zwischenabschnitt des Auslaß 30 bereitgestellt.

Die Helium-Detektoren 31 sind mit den Auslässen 30 zum Evakuieren des Innenraum 19 des torischen Vakuumgefäßes 12 verbunden. Eine Vielzahl von Auslässen 30 sind innerhalb des Fusionsreaktors bereitgestellt und eine Vielzahl von Heliumdetektoren 31 sind den Auslässen 30 zugeordnet vorgesehen. Normale Helium-Leck-Detektoren werden als Helium- Detektoren 31 verwendet.

Etwa 30 Segmente innenseitiger Brutmantel-Baugruppen 21 und außenseitiger Brutmantel-Baugruppen 22 sind in kreisumfänglicher Richtung in dem torischen Vakuumgefäß 12 des Fusionsreaktors angeordnet. Fig. 2 zeigt die äußere Anordnung eines Brutmantel-Segmentes 33, das ein Segment der außenseitigen Brutmantel-Baugruppe 22 bildet. Ein Rohr- Einlaß-/Auslaß 34 ist in einem oberen Abschnitt, wie dargestellt, des Brutmantel-Segmentes 33 ausgebildet. Eine Verrohrung 35 für die Zirkulation eines Kühlmittels, d. h. des Kühlwassers, und eine Verrohrung 36 für die Zirkulation eines Inertgases, wie z. B. Heliumgas, sind mit dem Brutmantel- Segment 33 durch den Einlaß/Auslaß 34 verbunden.

Wie in Fig. 3 dargestellt sind innere Abschnitte jedes Brutmantel-Segmentes 33 der außenseitigen Brutmantel- Baugruppe 22 jeweils durch die Kühlwasser- Zirkulationsverrohrung 35 und die Gas-Zirkulationsverrohrung 36 mit einem Kühlwasser-Zirkulationssystem 38 und einem Inertgas-Zirkulationssystem 39 verbunden. Die inneren Abschnitte jedes Brutmantel-Segmentes 33 bilden Abschnitte des Kühlwasser-Zirkulationssystems 38 und des Gas- Zirkulationssystems 39. Eine Kühlwasser-Umwälzpumpe 40 und ein Wärmetauscher, nicht dargestellt, eines Dampferzeugers sind in dem Kühlwasser-Zirkulationssystem 38 vorhanden, um das Kühlwasser zu kühlen.

Im Gas-Zirkulationssystem 39 ist eine Wassergehalt- Meßeinrichtung 43 als Kühlwasser-Leck-Detektionsvorrichtung zum Erfassen des Wassergehaltes im Inertgas, wie z. B. Helium, eine Druck-Detektionsvorrichtung, d. h. ein Druckmeßgerät 44 zum Erfassen des Druckes des Inertgases, eine Temperatur- Detektionsvorrichtung, d. h. ein nicht dargestelltes Thermometer zum Erfassen der Temperatur des Inertgases, ein Wasserstoff-Prozessor 46 zum Trennen und Akkumulieren von Wasserstoff und Wasserstoffisotopen und eine Gas-Umwälzpumpe 47 aufeinanderfolgend verbunden, um einen geschlossenen Kreis zu bilden. Eine Vakuumpumpe 48 ist mit dem Wasserstoff- Prozessor 46 verbunden. Der Wirkungsgrad der Wasserstoff- und Wasserstoffisotopentrennung wird durch Evakuierung mit der Vakuumpumpe 48 verbessert.

Signale, welche die durch die Wassergehalt- Meßeinrichtung 43, das Druckmeßgerät 44 und das Thermometer erfaßten Meßgrößen darstellen, werden zu einer Steuereinrichtung 49 gesendet und von dieser verarbeitet. Die Steuereinrichtung 49 steuert den Betrieb der Kühlwasser- Umwälzpumpe 40 und der Gas-Umwälzpumpe 47.

Jedes Brutmantel-Segment 33 der außenseitigen Brutmantel-Baugruppe 22 weist eine Innenstruktur auf, wie sie in Fig. 5A dargestellt ist. Eine Aufsichts-Darstellung der in Fig. 5A gezeigten Abbildung entspricht einer Querschnittsansicht des Brutmantel-Segmentes 33 entlang der Linie V-V aus Fig. 2.

In jedem Brutmantel-Segment 33 ist eine erste Wand 50 an der dem Plasma 11 zugewandten Kreisumfangs-Seite der Brutmantel-Baugruppe 22 ausgebildet. Hitzebeständige Elemente 51, die auch als Panzerung oder Schild bezeichnet werden und aus einem Material mit hohem Schmelzpunkt, wie z. B. Graphit ausgebildet sind, sind an der Oberfläche der ersten Wand 50 des Brutmantel-Segmentes so befestigt, daß die Hitze des Plasmas 11 nicht direkt auf diese einwirkt. Die hitzebeständigen Elemente 51 sind wenigstens an der dem Plasma zugewandten Seite der Wand 50 befestigt, obwohl nur einige von diesen in den Fig. 5A oder 5B dargestellt sind.

Die erste Wand 50 ist vorgesehen, um die innere Strukturbaugruppe 18 durch Absorbieren thermischer Belastung oder ähnlichem aus dem Hochtemperatur-Plasma stabil bzw. dauerhaft zu halten. Die innenseitige Brutmantel-Baugruppe 21 der inneren Strukturbaugruppe 18 ist zu demselben Zweck konstruiert. Da die aus dem Hochtemperatur-Plasma 11 durch die erste Wand 50 empfangene thermische Belastung hoch ist, ist eine Kühlanordnung 53 vorgesehen, um Wärme mit Kühlwasser, das in der ersten Wand 50 bereitgestellt ist, abzuführen.

Wie in den Fig. 6 und 7 dargestellt, ist die Kühlanordnung 53 der ersten Wand 50 in einer Mehrfach- Wandstruktur durch Kombinieren einer Vielzahl von Innenwandelementen 54 und Außenwandelementen 55, die jedes beispielsweise aus rostfreiem Stahl oder Ferritstahl ausgebildet sind, aufgebaut. Ein Kühlwasserkanal 56, durch welchen ein Kühlfluid strömt, ist innerhalb jedes Innenwandelementes 54 ausgebildet. Das die Innenwandelemente 54 umgebende Außenwandelement 55 kann aus einstückig miteinander verbundenen Außenwandelementen bestehen oder kann als ein einstückiges Strukturelement ausgebildet sein. Auf diese Weise ist eine Vielzahl von Kühlwasserkanälen 56 parallel in der Kühlanordnung 53 der ersten Wand 50 angeordnet.

Ein Teil der gesamten, die Mehrfach-Wand der Kühlanordnung 53 bildenden Materialien kann aus einem Wasserstoff-Speichermaterial oder einer Wasserstoff- Speicherlegierung ausgebildet sein. Falls derartiges Material verwendet wird, kann die Menge an durch die Kühlanordnung 53 tretendem und in die Kühlwasserkanäle 56 eintretendem Tritium wirksam gesenkt werden und Kühlwasser vor Kontamination mit Tritium bewahrt werden.

Ein Ende des Kühlwasserkanals 56 der Kühlanordnung 53 kommuniziert mit einem zuführungsseitigen Kühlmittelverteiler 58 der ersten Wand, der in einem hinteren Abschnitt des Brutmantel-Segmentes 33 der außenseitigen Brutmantel- Baugruppe 22 ausgebildet ist. Jeder Kühlwasserkanal 56, der sich von dem Kühlmittelverteiler der ersten Wand erstreckt, verläuft durch die Kühlanordnung 53 der ersten Wand auf der Seite des Plasmas 11 zu einer gegenüberliegenden Seite der Brutmantel-Einheit 33, um mit einem abführungsseitigen Kühlmittelverteiler 59 der ersten Wand, der an dieser Seite dem zuführungsseitigen Kühlmittelverteiler 58 der ersten Wand gegenüberliegend ausgebildet ist. Das zuführungs­ /abführungsseitige Verhältnis zwischen den Kühlmittelverteilern 58 und 59 der ersten Wand kann umgekehrt werden.

Die Kühlmittelverteiler 58 und 59 der ersten Wand erstrecken sich in Längsrichtung des Brutmantel-Segmentes 33 der außenseitigen Brutmantel-Baugruppe 22 und sind an die Kühlwasser-Zirkulationsverrohrung 35 durch den Rohr- Einlaß/Auslaß 34 wie in Fig. 2 dargestellt angeschlossen, wodurch es dem Kühlwasser ermöglicht wird, mittels Pumpen durch die Kühlwasser-Umwälzpumpe 40 durch die erste Wand 50 zu zirkulieren.

In der Kühlanordnung 53 der ersten Wand 50, die in einer Mehrfach-Wandstruktur mit vielen Wänden ausgebildet ist, ist ein ringförmiger Raum (Spalt) 60 zwischen jedem Innenwandelement 54 und dem Außenwandelement 55, das die Mehrfach-Wandstruktur wie in Fig. 7 dargestellt bildet, angeordnet. Eine Vielzahl von Metalldrähten 61 ist in den Spalt eingesetzt, um gute Wärmeleitung zu bewahren. Die Metalldrähte 61 können an eine Wandoberfläche gesintert sein, um die Wärmeleitung zu verbessern. Die Metalldrähte 61 sind aus dem gleichen Material, z. B. SUS, wie die Kühlanordnung 53 oder aus einem Material mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als die des Materials der Kühlanordnung 53 ausgebildet. In diesem Zusammenhang ist es nötig, ein Material für die Metalldrähte 61 auszuwählen, welches im wesentlichen der Wärmeleitung nicht schadet und geeignet zum Material der Wandstruktur paßt. Das Innenwandelement 54 und die innere Oberfläche des Außenwandelementes 55 sind in vorliegender Ausführungsform rechteckförmig ausgebildet, dennoch können diese in Form von Rohrstrukturen oder in verschiedenen anderen Formen, wie beispielsweise in Fig. 10 dargestellt, ausgebildet sein. Bei derartigen Abwandlungen der Mehrfach- Wandstruktur entspricht eine innere Röhrenanordnung 85 dem Innenwandelement 54 und eine äußere Rohranordnung 86 dem Außenwandelement 55. Eine Spalte 89 ist zwischen den inneren und äußeren Rohranordnungen 85 und 86 ausgebildet und in der Spalte 89 sind Metalldrähte 90 angeordnet. Ein Innenraum 88 wird als Kühlwasserkanal definiert. Die Verbindung des Kühlwasserkanals 88 und der Spalte 89 an Verteiler oder ähnliches wird im wesentlichen auf die gleiche Weise, wie unter Bezugnahme auf die in Fig. 6 und 7 dargestellte Ausführungsform durchgeführt.

Nachfolgend wird auf Fig. 4 Bezug genommen. Das Inertgas, wie z. B. Heliumgas, wird durch die Spalte 60 zwischen den Wandelementen der Mehrfach-Wand-Kühlanordnung 53 strömen lassen. Wie in den Fig. 5 und 6 dargestellt kommuniziert ein Ende jeder Spalte 60 mit einem zuführungsseitigen Spalten-Gasverteiler 62, während das andere Ende der Spalte 60 mit einem abführungsseitigen Spalten-Gasverteiler 62 kommuniziert. Das zuführung­ /abführungsseitige Verhältnis zwischen den Spalten- Gasverteilern 62 ist umkehrbar. Die Spalten-Gasverteiler 62 sind durch den Rohr-Einlaß/Auslaß 34 mit der Gas- Zirkulationsverrohrung 36 für die Zirkulation des Inertgases, wie z. B. Helium, verbunden, um einen Teil des Gas- Zirkulationssystems 39 zu bilden. Die Menge und der Druck des zirkulierenden Inertgases werden durch den Betrieb und die Steuerung der Gas-Umwälzpumpe 47, die an der Zuführungsseite des Gas-Zirkulationssystems 39 bereitgestellt ist, reguliert und gesteuert. Der Betrieb der Gas-Umwälzpumpe 47 wird durch die Steuereinrichtung 49 gesteuert.

Die Wassergehalt-Meßeinrichtung 43, die als Vorrichtung zum Erfassen eines Lecks des Kühlwassers wie vorstehend beschrieben vorgesehen ist, ist mit einer Rückführleitung der Gas-Zirkulationsverrohrung 36 des Gas- Zirkulationssystems 39 verbunden, um einen Anstieg des Wassergehaltes, der durch ein Leck des Kühlwassers aufgrund von Rißbildung oder Beschädigung der Innenwandelemente 54 der Kühlanordnung 53 der ersten Wand 50 verursacht ist, zu erfassen.

Ein Kühlwasserleck wird auf diese Weise erfaßt und der Betrieb des Fusionsreaktors, falls nötig, beendet, wodurch die Überholung und Reparatur des Fusionsreaktors ermöglicht wird. Die Instandsetzung bzw. Überholung des Fusionsreaktors ist so wichtig wie der nukleare Brennstoffaustausch in Spaltreaktoren, wie z. B. in nuklearen Leichtwasser-Reaktoren. Somit kann die Zuverlässigkeit des Fusionsreaktors verbessert werden. Das Druckmeßgerät 44, das als Druckerfassungseinrichtung bereitgestellt ist, ist im Gas- Zirkulationssystem 39 stromabwärts der Wassergehalt- Meßeinrichtung 43 angeschlossen. Der Druck in der Innenwandspalte 60 wird mit dem Druckmeßgerät gemessen. Mit dieser Spaltendruckmessung ist es möglich, ein Leck des Inertgases, wie z. B. Helium, aufgrund von Rißbildung oder Beschädigung des Außenwandelementes 55 der Kühlanordnung zu erfassen. Falls das Inertgas, wie z. B. Helium, durch das Außenwandelement 55 der Kühlanordnung 53 der ersten Wand 50 einer Leckage unterliegt, wird es in die Innenspalte 19 des in Fig. 1 dargestellten Vakuumgefäßes 13 freigegeben und senkt das Vakuum im Fusionsreaktor, was schädigenden Einfluß auf das Plasma 11 haben kann.

Falls daher ein Leck des Inertgases erfaßt wird, wird der Betrieb der Gas-Umwälzpumpe 47 durch den Betrieb der in Fig. 3 dargestellten Steuereinrichtung 49 beendet, um die Leckage des Inertgases zu beschränken und es wird, falls nötig, der Betrieb des Fusionsreaktors beendet, um die Reparatur oder Überholung des Reaktors zu ermöglichen.

Ferner ist der Wasserstoff-Prozessor 46 in dem Gas- Zirkulationssystem 39 angeordnet. Der Wasserstoff-Prozessor 46 kommuniziert mit den Zwischenwand-Spalten 60 durch die Gas-Zirkulationsverrohrung 36. Das Inertgas, wie z. B. Helium, das durch die Umwälzpumpe 47 gepumpt wird um durch das Gas- Zirkulationssystem 39 zu zirkulieren, wird durch den Wasserstoff-Prozessor 46 eingeführt.

Der Wasserstoff-Prozessor 46 ist ein Wasserstoff- Separator, wie z. B. der in Fig. 4 dargestellte. Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist eine in einem Gehäuse 63 ausgebildete Kammer durch eine Wasserstoff-permeable Membran 64, die aus Vanadium oder ähnlichem besteht, in eine Prozeßgaskammer, die einen Teil des Gas-Zirkulationssystems 39 bildet, und eine Prozeßkammer 66, in der abgetrennter Wasserstoff und Wasserstoffisotope gespeichert werden, geteilt. In dem Inertgas, wie z. B. Helium, enthaltener Wasserstoff, der in die Prozeßgaskammer 65 eingeführt wird, wird der Prozeßkammer 66 durch die Wasserstoff-permeable Membran 64 zugeführt. Wasserstoff und Inertgas werden hierdurch voneinander getrennt. Gleichzeitig wird die Prozeßkammer 66 mit der Vakuumpumpe 48 evakuiert, um den Trennungswirkungsgrad in Bezug auf Wasserstoff und Wasserstoffisotope zu erhöhen.

Aus Titan oder einer Wasserstoff-Speicherlegierung gebildete Wasserstoff-Getter sind in der Prozeßkammer 66 des Wasserstoff-Prozessors 46 untergebracht. Der abgetrennte Wasserstoff wird durch die Wasserstoff-Getter 67 ad- bzw. absorbiert. Wasserstoff und Wasserstoffisotope, die in dem Inertgas enthalten sind, werden an den Wasserstoff-Gettern 67 gespeichert. Andere Beispiele von Elementen oder Legierungen als Titan, welche die Wasserstoff-Getter 67 bilden, sind Ba, Ca, Ce, Cs, Dy, Er, Gd, Hf, Ho, K, La, Li, Lu, Mg, Na, Nd, Pr, Pu, Rb, Sc, Sm, Sr, Tb, Th, Tm, U, Y, Zr, Al-Zr- Legierung.

Durch Speicherung des Wasserstoffs und der Wasserstoffisotope an/in den Wasserstoff-Gettern 67 wird eine Kontamination des Kühlwassers mit Lithium aus dem Plasma 11, das durch die Kühlanordnung 43 tritt und diffundiert und sich im Kühlwasser mischt, wirkungsvoll verhindert.

Somit wird selbst wenn die Kühlanordnung 53 in dem inneren Bestandteil des Fusionsreaktors durch thermische und Partikel-Belastung, die aus dem Plasma 11 empfangen wird, geschädigt wird, der Schaden unmittelbar erfaßt und es kann daher die Zuverlässigkeit des Fusionsreaktors erhöht werden. Ferner wird Tritium (T), d. h. ein radioaktives Wasserstoffisotopen-Material aus dem Plasma, das durch die Kühlanordnung 53 zum Kühlwasser hindurchtritt und diffundiert, durch die Spalte 60 zwischen den Mehrfach-Wänden der Kühlanordnung 53 gesammelt, durch die Wasserstoff­ permeable Membran 64 abgetrennt und an den Wasserstoff- Gettern 67 im Wasserstoff-Prozessor 46 gespeichert, ohne im Kühlwasser gemischt zu werden. Es ist daher möglich, eine Kontamination des Kühlwasser mit Tritium zu verhindern und die Reaktorbetriebssicherheit im Vergleich zum Stand der Technik merklich zu verbessern.

Alternativ kann der Wasserstoff-Prozessor 46 so ausgebildet sein, daß der Wasserstoff und die Wasserstoffisotope, welche durch die Wasserstoff-permeable Membran 64 abgetrennt werden, oxydiert werden. In einem solchen Fall kann Wasserstoff oder können die Wasserstoffisotope, welche/welcher durch die Wasserstoff- permeable Membran 64 abgetrennt wurden, durch Wiedergewinnung und Verbrennung zum Erzeugen von Wasser, in Form von Wasser gespeichert werden.

Die in der ersten Wand 50 ausgebildete Mehrfach-Wand- Kühlanordnung 53 ist so hergestellt, daß die Innenwandelemente 54 und die Außenwandelemente 55 getrennt durch Schweißen und entsprechende Bearbeitung ausgebildet werden und danach durch Kaltbearbeitung, wie z. B. Rohrziehen, hydraulisches Druckformen oder Explosionsformen so bearbeitet werden, daß die Mehrfach-Wandoberflächen eng ineinander eingepaßt sind.

Nachfolgend wird auf die Fig. 5A und 5B Bezug genommen. Jedes Brutmantel-Segment 33 der außenseitigen Brutmantel-Baugruppe 22 weist ebenso die Funktion internen Tritium-Brütens auf. Dies bedeutet, in dem Brutmantel-Segment 33 ist das Lithium-(Li)-Oxyd 70 als Tritium-brütendes Material enthalten und Beryllium 71 ist als Hilfsmaterial für das Tritium-Brüten zum Vervielfältigen von Neutronen enthalten. Das Lithium-Oxyd 70 erzeugt Tritium (T) unter Verwendung von aus dem Plasma 11 gestreuter Neutronen, wie durch die Reaktionsformeln dargestellt:

⁶Li + n → ⁴He + T + 4,8 MeV
⁷Li + n → ⁴He + n - 2,5 MeV.

Der Gehalt von ⁶Li in natürlich vorkommendem Li beträgt 7,92 Gewichts-%, der Gehalt von ⁷Li beträgt in natürlich vorkommendem Li 92,58 Gewichts-%. Li-Metalle und Li-Legierungen aus Li₁₇Pb₈₃ existieren als flüssiges Lithium.

Lithiumkeramiken aus Li₂O, Li₂AlO₂, Li₂ZrO₃ und Li₂SiO₄ und Li₆₂PB₃₈-Legierung existieren als festes Lithium.

Zur Unterstützung der Erzeugung von durch die Reaktion von Lithium und Neutronen erzeugtem Tritium dient in jedem Brutmantel-Segment 33 enthaltenes Beryllium (Be) 71 zur Vervielfältigung von Neutronen aus dem Plasma 11.

⁹Be + n → 2x ⁴He + 2 n (2).

In jedem Brutmantel-Segment 33 der außenseitigen Brutmantel-Baugruppe 22, im speziellen auf der Plasma- Erzeugungsseite, können die Brutmantel-Kühlanordnungen 73 in bestimmten Intervallen als Mehrfachschichten angeordnet sein, wie in Fig. 5B dargestellt, in welcher die Brutmantel- Kühlanordnung 73 in Kombination mit der Brutmantel- Kühlanordnung 53 dargestellt ist. Das Neutronen-brütende Material (das das Tritium-Brüten unterstützende Material), d. h. Beryllium 71, und das Tritium-brütende Material, d. h. Lithium 70, sind zwischen den Brutmantel-Kühlanordnungen 73 angeordnet.

Jede Brutmantel-Kühlanordnung 73 hat eine Mehrfach- Wandstruktur mit mehreren Wänden ähnlich zu der in Fig. 7 dargestellten 53 und ist aus Innenwandelementen, in welchen Kühlwasserkanäle ausgebildet sind, und einem Außenwandelement, das die Innenwandelemente umgibt, ausgebildet. Metalldrähte zur Wärmeleitung sind in Spalten zwischen Wandoberflächen der Innen- und Außenwandelemente bereitgestellt und Inertgas, wie z. B. Helium, wird durch die Spalten strömen lassen.

Die in den Innenwandelementen 55 der Brutmantel- Kühlanordnungen 73 ausgebildeten Kühlwasserkanäle kommunizieren mit Brutmantel-Kühlmittelverteilern 75, die in einem hinteren Abschnitt des Brutmantel-Segmentes 33 ausgebildet sind. Die Verteiler 75 kommunizieren mit der Kühlwasser-Verrohrung 35 des Kühlwasser-Zirkulationssystems 38 durch den Rohr-Auslaß/Einlaß 34, wie die in Fig. 3 dargestellt.

Tritium (T) wird durch die nukleare Reaktion der Neutronen aus dem Plasma 11 und das Lithium-Oxyd 70 in jedem Brutmantel-Segment 33 der außenseitigen Brutmantel-Baugruppe 22 gebrütet und die Temperatur in dem Brutmantel-Segment 33 wird durch diese nukleare Reaktion auf eine hohe Temperatur von ungefähr 400°C erhöht. Das System ist daher ausgelegt, Wärme aus dem Inneren des Brutmantel-Segmentes 33 durch Kühlung mittels des durch die Brutmantel-Kühlanordnung 73 strömenden Kühlwassers abzuführen.

Das Kühlwasser wird aus einer Kühlwasser-Umwälzpumpe ähnlich zu der in Fig. 3 dargestellten durch die Kühlwasserkanäle in den Brutmantel-Kühlanordnungen 73 durch die Brutmantel-Kühlmittelverteiler 75 geführt, um die Mehrfach-Wand-Brutmantel-Kühlanordnungen 73 zu kühlen. Der Fusionsreaktor extrahiert die zum Kühlmittel geführte Wärme, d. h. durch die Brutmantel-Kühlanordnungen 73 zum Kühlwasser geführte Wärme, als Energie. Zum Extrahieren der Wärme ist ein nicht dargestellter Dampferzeuger im Kühlwasser- Zirkulationssystem bereitgestellt und durch den Dampferzeuger wird Dampf zum Antrieb von Dampfturbinen erzeugt.

Die Spalten zwischen Innen- und Außenwandelementen in den Mehrfach-Wand-Brutmantel-Kühlanordnungen 73 sind in der gleichen wie in den Fig. 6 und 7 dargestellten Weise ausgebildet und sind durch Spalten-Gasverteiler 62, die in einem hinteren Abschnitt jedes Brutmantel-Segmentes 33 ausgebildet sind, mit einem Inertgas-Zirkulationssystem verbunden.

In einer Gas-Zirkulationsverrohrung des Gas- Zirkulationssystems ist eine Leck-Detektionseinrichtung, eine Druck-Detektionseinrichtung und ist ein Wasserstoff- Prozessor, wie die in Fig. 3 dargestellten, bereitgestellt. Die Zwischenwand-Spalten kommunizieren mit der Leck- Detektionseinrichtung, der Druck-Detektionseinrichtung und dem Wasserstoff-Prozessor durch die Gas- Zirkulationsverrohrung.

Das Auftreten von Rißbildung oder Schäden in den Innen- und Außenwandelementen der Mehrfach-Wand-Brutmantel- Kühlanordnungen 73 wird durch die Leck-Detektionseinrichtung, die Druck-Detektionseinrichtung und den Wasserstoff-Prozessor erfaßt und Wasserstoff und Wasserstoffisotope werden von dem Inertgas abgetrennt, um gespeichert zu werden.

Das mit den Kühlwasserkanälen in der Brutmantel- Kühlanordnung 73 verbundene Kühlwasser-Zirkulationssystem und das mit den Zwischenwand-Spalten kommunizierende Gas- Zirkulationssystem kann unabhängig von dem Kühlmittel- Zirkulationssystem 38 und dem Gas-Zirkulationssystem 39, die der Kühlanordnung 53 der ersten Wand 50 zugehören, ausgebildet sein oder kann als den Brutmantel-Kühlanordnungen 73 und der Kühlanordnung 53 gemeinsames Zirkulationssystem ausgebildet sein.

Die Brutmantel-Kühlanordnung ist in der außenseitigen Brutmantel-Baugruppe inkorporiert und ist auf diese Weise mit dem Kühlwasser-Zirkulationssystem und dem Gas- Zirkulationssystem in vorstehend beschriebener Weise verbunden und Schädigung der Brutmantel-Kühlanordnung kann durch diese Systeme erfaßt werden. Daher kann selbst wenn ein Leck des Kühlwassers aufgrund eines Schadens an der Brutmantel-Kühlanordnung auftritt, das Fortschreiten einer chemischen Reaktion zwischen Lithium-Oxyd und Kühlwasser in der außenseitigen Brutmantel-Baugruppe durch unmittelbares Erfassen des Lecks des Kühlwassers verhindert werden. Somit kann die Sicherheit und die Zuverlässigkeit, mit welcher der Fusionsreaktor betrieben wird, verbessert werden.

Es ist festzuhalten, daß im wesentlichen die gleiche Brutmantel-Kühlanordnung, obwohl hier zur Vermeidung doppelter Beschreibungen nicht ausführlicher erwähnt, in der innenseitigen Brutmantel-Baugruppe 21 in identischer Weise ausgebildet ist. Ein Kühlwasser-Zirkulationssystem und ein Gas-Zirkulationssystem kann für die innenseitige Brutmantel- Baugruppe unabhängig von demjenigen der außenseitigen in Fig. 3 dargestelltem oder gemeinsam mit diesem ausgebildet sein.

Falls ferner diese Brutmantel-Kühlanordnung verwendet wird, kann übermäßig durch die Brutmantel-Kühlanordnung diffundiertes Tritium aus den Spalten zwischen den mehreren Wänden der Innen- und Außenwandelemente der Brutmantel- Kühlanordnung plaziert bzw. eingefangen werden, bevor es Kühlwasser erreicht. Es ist daher möglich, eine Kontamination des Kühlwassers zu verhindern und die Betriebssicherheit stark zu erhöhen.

Im installierten Zustand sind im Fusionsreaktor die Divertoren 23 in oberer und unterer Stellung in dem ringförmigen Vakuumgefäß 12 des Fusionsreaktors bereitgestellt. Die Divertoren 23 sind auf geringfügig einwärts versetzte Weise in der oberen und unteren Stellung im torischen Vakuumgefäß 12 angeordnet. Eine Vielzahl, beispielsweise 32 Stück, von Divertoren 23 sind in jeder oberen und unteren Stellung entlang der kreisumfänglichen Richtung des Vakuumgefäßes 12 angeordnet. Wie in Fig. 8 dargestellt, ist jeder Divertor 23 an einem Divertorträger 79 gehalten. Jeder Divertor 23 weist Kühlanordnungen 80 auf, die durch Divertorträgerrohre 81 und eine Tragstruktur 82, wie in Fig. 9 dargestellt, gehalten sind.

Die Divertoren 23 empfangen die höchste thermische und Partikel-Belastung aus dem Hochtemperatur-Plasma 11 unter den inneren Bestandteilen und Strukturen des Fusionsreaktors und sind daher thermisch leicht zu beschädigen. Die thermische Belastung beträgt 15 MW/mm² im Maximum und normale Materialien werden unter derartiger thermischer Belastung geschmolzen. Daher sind wärmebeständige Elemente 83, die aus einem Material hohen Schmelzpunktes, wie z. B. Graphit oder Wolfram, bestehen, an den plasmaseitigen Oberflächen der Divertoren 23 mittels (Hart-)Löten oder ähnlichem befestigt.

Eine Rohranordnung, wie z. B. die in Fig. 10 dargestellte, die aus Kupfer oder ähnlichem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit besteht, ist als Kühlanordnung 80 jedes Divertors 23 ausgebildet. Dies bedeutet, jede Kühlanordnung 80 ist als Mehrfach-Wandstruktur ausgebildet, in welcher ein Innenrohr 85 eine Innenwand bildet und ein Außenrohr 86 eine Außenwand bildet, die das Innenrohr umgibt. Falls jede Kühlanordnung 80 als Mehrfach-Wandstruktur ausgebildet ist, wird die Wärmeleitfähigkeit gesenkt. Jedoch kann die Dicke der Außenrohre an Stellen größerer Nähe zum Plasma gesenkt werden, um die Wärmeleitfähigkeit zu verbessern. Es ist festzuhalten, daß selbstverständlich eine Mehrfach-Wandstruktur, wie z. B. in Fig. 7 dargestellt, an Stelle der kreisförmigen Rohrstruktur aus Fig. 10 für den Divertor 23 eingesetzt werden kann.

Üblicherweise wäre die Festigkeit von Kupfer (Cu) bei hohen Temperaturen gemindert. Zum Kühlen der Divertoren 23 verwendetes Kupfer wird auf ungefähr 800°C im Maximum erhitzt und die Festigkeit von Kupfer wird bei einer derartigen Temperatur beachtlich gesenkt. Daher kann ein hochtemperaturbeständiges, hochtemperaturfestes Material, das als Aluminiumoxyd-eindiffundiert-verfestigtes Kupfer oder im englischen Sprachgebrauch als "aluminia-diffused strengthened Copper" bezeichnet wird, an Stelle des Kupfers verwendet werden, um die Festigkeit der Kühlanordnungen 80 zu erhöhen. In diesem Fall besteht jedoch das Risiko des Auftretens von Rissen aufgrund thermischer Spannungen in den wärmebeständigen Elementen 83 mit hohem Schmelzpunkt, welche die Kühlanordnungen 80 bedecken. Um das Auftreten von Schäden, einschließlich dieser Rißbildung zu verhindern, können die Kühlanordnungen 80 den wärmebeständigen Elementen 83 näher liegend so konstruiert werden, daß normales Kupfer als Spannungspuffer mit hoher Wärmeleitfähigkeit verwendet wird, um die Außenrohre 86 auszubilden, während Aluminiumoxyd-eindiffundiert-verfestigtes Kupfer verwendet wird, um die Innenrohre 85 zu bilden. Auf diese Weise haben die Kühlanordnungen 80 erhöhte Zuverlässigkeit, während erwünschte physikalische und mechanische Festigkeit erhalten werden kann.

Wie in Fig. 10 dargestellt, bildet jede Kühlanordnung 80 der Divertoren 23 eine Mehrfach-Wandstruktur, wobei ein Kühlwasserkanal 88, durch welchen das Kühlwasser strömen lassen wird, im Innenrohr 85, das eine innere Oberfläche ausbildet, gebildet ist, wobei eine ringförmige Spalte 89 zwischen dem Innenrohr 85 und einer durch das Außenrohr 86 erzeugten Außenwand ausgebildet wird und Metalldrähte 90 mit hoher Wärmeleitfähigkeit in der Spalte 89 angeordnet sind. Das Inertgas, wie z. B. Helium, wird durch die Spalte 89 geführt.

Wie in Fig. 11 dargestellt, ist der Kühlwasserkanal 83 in jeder Kühlanordnung 80 mit Divertor- Kühlmittelverteilern 91 verbunden, während die Zwischenwand- Spalte 89 mit Spalten-Gasverteilern 92 kommuniziert. Die Spalten-Gasverteiler 92 sind beispielsweise in den Divertor- Kühlmittelverteilern 91 ausgebildet. Die Divertor- Kühlmittelverteiler 91 sind unabhängig in Bezug auf die Kühlwasser-Zufuhr-/Abfuhrorte angeordnet. Die Querschnittsform der Verteiler 91 und 92 kann aus verschiedenen Formen ausgewählt werden.

Die Divertor-Kühlmittelverteiler 91, beispielsweise mit kreisförmigem Querschnitt, sind an ein Kühlwasser- Zirkulationssystem, in ähnlicher Weise wie in Fig. 3 dargestellt, angeschlossen und Kühlwasser wird durch eine Umwälzpumpe umgepumpt, um durch die Divertor- Kühlmittelverteiler 91 und die Kühlwasserkanäle 88 in den Kühlanordnungen 80 zu zirkulieren.

Die Zwischenwandspalten 84 in den Kühlanordnungen 80 sind auf ähnliche Weise wie in Fig. 3 dargestellt durch die Spalten-Verteiler 92 an ein Gas-Zirkulationssystem angeschlossen und das Inertgas, wie z. B. Helium, wird durch eine nicht dargestellte Pumpe umgepumpt, um durch die Spalten 84 zu zirkulieren. Eine Leck-Detektionseinrichtung, eine Druck-Detektionseinrichtung und ein Wasserstoff-Prozessor sind in dem Gas-Zirkulationssystem bereitgestellt. Rißbildung oder Schäden der Innen- und Außenrohre der Mehrfach-Wand- Kühlanordnungen 80 werden durch die Leck- Detektionseinrichtung oder die Druck-Detektionseinrichtung erfaßt und der Wasserstoff und die Wasserstoffisotope werden durch den Wasserstoff-Prozessor abgetrennt und gespeichert.

Die Zuverlässigkeit der Divertoren 23, die im Vergleich zur ersten Wand 50 der außenseitigen Brutmantel- Baugruppe 22 unter schwierigeren Bedingungen eingesetzt werden, kann durch Ausbilden der Kühlanordnungen 80 der Divertoren 23 in einer zweiwandigen Anordnung und durch Bedecken der Hochtemperatur-Plasmaseite mit wärmebeständigem Material 83, das aus einem Material hohen Schmelzpunktes ausgebildet ist, verbessert werden.

Die Mehrfach-Wand-Kühlanordnung 80 der kreisförmigen Verrohrungsanordnung kann als Alternative gegen die in Fig. 3 dargestellte ausgetauscht werden. Dies bedeutet, die jeweiligen Kühlanordnungen 43, 73 und 80 können im wesentlichen auf die gleiche Weise ausgebildet sein und beispielsweise einen rechteckförmigen oder kreisförmigen Querschnitt aufzuweisen.

Falls als Ergebnis eines Schadens an den Mehrfach- Wand-Kühlanordnungen 53, 73 und 80 der inneren Strukturbaugruppe 18, die in dem torischen Vakuumgefäß 12 des Fusionsreaktors entlang dessen kreisumfänglicher Richtung angeordnet sind, Helium oder Inertgas durch ein Leck in den Innenraum 19 des Vakuumgefäßes 12 eintritt, erfaßt der Heliumdetektor 31 oder die Gas-Detektionseinrichtung das Heliumleck und es ist möglich festzustellen, daß ein Teil der Kühlanordnung 53, 73 und 80 beschädigt ist. In einem solchen Fall ist es möglich, falls eine Vielzahl von Heliumdetektoren 31 bereitgestellt ist, einen Abschnitt des Vakuumgefäßes festzustellen, in welchem die Heliumleckage am größten ist, und hierdurch den beschädigten Abschnitt der Kühlanordnungen festzustellen.

Um definitiv das durch die Fusionsreaktion erzeugte Helium und eine Heliumleckage aufgrund eines Schadens an den Kühlanordnungen 53, 73 und 80 zu unterscheiden, kann die Anordnung so ausgebildet sein, daß anderes Inertgas als Helium oder eine Gasmischung mit Inertgas als in den Kühlanordnungen 53, 73 und 80 strömendes Gas verwendet wird und der Detektor 31 erfaßt andere Gase als Helium. Falls ferner die Inertgas-Konzentration gelegentlich (örtlich) in Bezug auf die Gas-Strömungskanäle der Kühlanordnungen 53, 73 und 30 geändert wird, kann ein beschädigter Abschnitt der Kühlanordnung exakter festgestellt werden.

Somit kann ein beschädigter Abschnitt der Kühlanordnungen 53, 73 und 80 durch die Vielzahl von Helium- Detektoren 31, die mit dem Innenraum 19 des torischen Vakuumgefäßes 12 kommunizieren festgestellt werden und kann daher prompt instandgesetzt werden. Somit ist es möglich, einen Fusionsreaktor mit weiter verbesserter Zuverlässigkeit zur Verfügung zu stellen.

In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform vorliegender Erfindung sind ringförmige Zwischenwand-Spalten 60 in der Kühlanordnung 53 der ersten in der außenseitigen Brutmantel-Baugruppe 22 ausgebildeten Wand gebildet und Metalldrähte 61 sind in den Spalten 60 angeordnet. Alternativ kann die Anordnung wie in Fig. 12 dargestellt ausgebildet sein, wobei die Mehrfach-Wandoberflächen der Kühlanordnung 53A, die an den Innenwandelementen 54 ausgebildet sind und ein Außenwandelement 55 eng ineinander eingepaßt sind, Gasströmungskanäle 95 als teilweise Spalten zwischen den Wandelementen ausgebildet sind und ein Inertgas, wie z. B. Helium, durch die Strömungskanäle 95 strömen lassen wird. Da die Mehrfach-Wandoberflächen der Kühlanordnung 53A in engem Kontakt zueinander gehalten sind, ist der Zwischenwand- Wärmeleitungsbereich groß und die Wärmeleitung zwischen den mehrfachen Wänden verbessert. Es ist daher möglich, wirkungsvoll Hitze aus den Bestandteilen abzuführen. In dieser Anordnung können jedoch die Zwischenwand-Spalten, durch welche Inertgas, wie z. B. Helium, strömt, beschränkt sein und die Geschwindigkeit bzw. Rate, bei welcher das Gas durch die Strömungskanäle 95 strömt, ist daher gesenkt, welches zu einem Anstieg der Zeit zur Erfassung eines Kühlwasserlecks führt.

In den inneren Bestandteilen dieses Fusionsreaktors sind die Kühlanordnungen als Mehrfach-Wandstrukturen ausgebildet, wobei die Wandoberflächen eng ineinander eingepaßt sind, die Gasströmungskanäle zwischen diesen ausgebildet sind oder Drähte zur Wärmeleitung in den Spalten zwischen den Wandoberflächen, die nicht eng aneinander anliegen, angeordnet sind, wobei das Gas, wie z. B. Helium, durch die Kanäle der Spalten strömt und eine Leck- Detektionseinrichtung und eine Druck-Detektionseinrichtung, die mit den Spalten kommunizieren, bereitgestellt sind, wobei es ermöglicht wird, Rißbildung und Schäden in den Kühlanordnungen selbst in einem Zustand, in welchem der Betrag an Rißbildung oder die Schadenshöhe sehr gering ist, zu erfassen. Zusätzlich ist bin Wasserstoff-Prozessor bereitgestellt, um Wasserstoff oder Wasserstoffisotope einzufangen, bevor dieser/diese in die Kühlkanäle eintreten. Es ist daher möglich, einen Fusionsreaktor bereitzustellen, der sicherer und zuverlässiger im Vergleich zu einem herkömmlichen Fusionsreaktor betrieben werden kann.

Fig. 13 zeigt eine Darstellung einer vereinfachten Struktur einer abgewandelten Kühlanordnung für die innenseitigen und/oder außenseitigen Brutmantel-Baugruppen und/oder Divertoranordnungen der vorstehenden Ausführungsform.

In der vorstehend beschriebenen Ausführungsform wurde die Kühlanordnung 53, 73 und 80 erwähnt, in welcher die Kühlanordnung einstückig zur ersten Wandstruktur der Brutmantel-Bestandteile oder des Divertors ausgebildet ist. Die erste Wandoberfläche 50 ist jedoch dem Plasma 11 so zugewandt, daß die Oberfläche 50 aufgrund der thermischen Belastung aus dem Plasma 11 zu Schäden neigt. Es ist daher nötig, während der Lebenszeit des Fusionsreaktor die Wandstruktur mehrere Male auszutauschen. Deren Austausch erfordert jedoch bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform zusammen mit dieser den Austausch der Brutmantel-Baugruppe, da die Wandstruktur in die Brutmantel- Baugruppe integriert ist, die groß und schwer ist, beispielsweise ein Gewicht von ungefähr 40-80 t hat, was somit unzweckmäßig und schwierig ist. Darüber hinaus sind derartige Austauscharbeiten üblicherweise unter Beachtung der Strahlungsbelastung des Personals durchzuführen, welches weiterhin ein großes Problem darstellt.

Im Hinblick auf den vorstehend beschriebenen Sachverhalt wird erfindungsgemäß eine weitere Ausführungsform des Innenbestandteils des Fusionsreaktors angegeben, der in dieser mit einer Kühlanordnung, in der die Kühlanordnung getrennt zu den Brutmantel- oder Divertor-Baugruppen angeordnet ist, versehen ist.

In Fig. 13 ist eine Wandstruktur 100, die der Wandoberfläche 50 der ersten Ausführungsform entspricht, eines abtrennbaren bzw. abnehmbaren Typs dargestellt. Die Wandstruktur 100 hat eine Form, die der äußeren Oberfläche einer in Fig. 13 nicht dargestellten Brutmantel-Baugruppe, bei welcher diese Wandstruktur Anwendung findet, entspricht, ist aber der aus Fig. 2 identisch, und ist mit einer Kühlanordnung 101 versehen. Wie durch Pfeile dargestellt, strömt das Kühlwasser aus einem Einlaßverteiler 102 in einen Strömungskanal der Kühlanordnung und heraus aus einem Auslaßverteiler 103.

In der Darstellung der Fig. 13 kehrt das Kühlwasser am unteren Ende des Strömungskanals zum direkt dem vorstehend erwähnten Strömungskanal benachbarten Strömungskanal um, dennoch ist es bei praktischer Verwendung erwünscht, daß die Strömung des Kühlwassers wie in Fig. 14 dargestellt ausgebildet wird, in welcher das Kühlwasser aus einem Kanal zu einem anderen Kanal, der dem ersten Kanal um zwei oder drei weitere Kanäle entfernt gelegen ist, strömt, da es bei der tatsächlichen Konstruktion der Kühlanordnung im Umkehrbereich, es schwierig ist, die Strömungskanäle scharf umzuleiten.

Dieser Strömungs-Zirkulationszustand kann wie in Fig. 15 dargestellt geändert sein und es ist selbstverständlich, daß weitere Strömungszustände verwendbar sind.

Darüber hinaus kann die mit der Kühlanordnung 101 versehene Wandstruktur 100 bei den innenseitigen Brutmantel- Baugruppen und den Divertorelementen genauso wie bei außenseitigen Brutmantel-Baugruppen ohne Verwendung spezieller Maßnahmen verwendet werden. Die Anwendung einer derartigen Wandstruktur 100 bei der Oberfläche der außenseitigen, dem Plasma zugewendeten Brutmantel-Baugruppen wird durch geeignete Mittel, wie z. B. Schweißen oder durch Verwendung einer Halte- bzw. Spannvorrichtung ermöglicht. Darüber hinaus kann in einer weiter abgewandelten Ausführungsform die Wandstruktur 100 zur Erleichterung deren Herstellung und deren Handhabung in eine Vielzahl vertikaler Abschnitte, wie im dargestellten Zustand, unterteilt werden.

Es ist ebenfalls festzuhalten, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und viele weitere Änderungen und Abwandlungen durchführbar sind, ohne vom Umfang beigefügter Ansprüche abzuweichen.

Wie vorstehend beschrieben sind bei den inneren Bestandteilen oder inneren Strukturen des Fusionsreaktors gemäß vorliegender Erfindung die in den inneren Strukturbaugruppen, die in dem ringförmigen Vakuumgefäß angeordneten sind, ausgebildeten Kühlanordnungen als Mehrfach-Wandstrukturen gebildet und Kühlfluidkanäle sind in den Kühlanordnungen gebildet, wodurch mehrfacher Schutz gegen thermische und Partikel-Belastung, die aus dem Plasma auf die Kühlanordnungen einwirkt, erreicht wird. Um die Wärmeleitung zwischen den Mehrfach-Wänden in den Kühlanordnungen zu verbessern, werden die mehreren Wände eng ineinander eingepaßt oder Metalldrähte in den zwischen den mehrfachen Wänden ausgebildeten Spalten bereitgestellt, und die Dicke der mehrfachen Wände wird zur weiteren Verbesserung der Wärmeleitung geändert, wodurch mehrfacher Schutz ohne Beeinträchtigung der Kühlfunktion der inneren Bestandteile erreicht wird. In den Kühlanordnungen sind Strömungskanäle, durch welche ein Fluid strömt, als teilweise Spalten zwischen eng ineinander eingepaßten Oberflächen der mehrfachen Wände ausgebildet und die Funktion des Erfassens eines Lecks des Kühlmittels durch die Strömungskanäle oder Spalten zwischen den mehrfachen Wänden wird zur Verfügung gestellt, wodurch es ermöglicht wird, selbst ein kleines Kühlmittel-Leck aufgrund von Rißbildung oder Schädigung der Kühlanordnungen zu erfassen. Es ist daher möglich, ein Bersten oder Schäden der Kühlanordnungen mit der Weiterentwicklung des Schadens oder der Risse in den inneren Strukturen des Fusionsreaktors oder einen Unfall aufgrund von Kühlmittelverlust wegen eines Risses oder Schäden in den Kühlanordnungen zu vermeiden.

Falls die Art und das Mischungsverhältnis der Fluide, die durch die zwischen den mehreren Wänden der Kühlanordnungen ausgebildeten Spalten oder durch die Strömungskanäle, die als teilweise Spalten ausgebildet sind, strömen, geeignet ausgewählt ist, kann eine Stelle in den Kühlanordnungen, an welcher Rißbildung oder Schäden auftreten, festgestellt werden. Es ist daher möglich, zügig Maßnahmen zur Reparatur und Instandsetzung der inneren Bestandteile oder Strukturen des Fusionsreaktors durchzuführen. Die Zuverlässigkeit des Fusionsreaktors wird hierdurch erhöht.

Ferner wird die Funktion des Einfangens bzw. Festlegens von Tritium, das durch die Kühlanordnungen durch die zwischen den mehreren Wänden gebildeten Spalten der Kühlanordnungen oder durch Strömungskanäle, die teilweise Spalten bilden, hindurchtritt, bereitgestellt, und eine Wasserstoff-Speicherlegierung wird verwendet, um einen Teil des gesamten Materials der mehrfachen Wände zu bilden. Der Betrag des Tritiums, das durch die Kühlanordnungen hindurchtritt und diffundiert und in das Kühlmittel eintritt, kann somit wirkungsvoll gesenkt werden, wodurch eine Tritium- Kontamination des Kühlmittels beschränkt wird.

Beschrieben wurde neben anderem ein Fusionsreaktor mit einem inneren Bestandteil, in dem eine innere Strukturbaugruppe in einem torischen Vakuumgefäß entlang dessen kreisumfänglicher Richtung untergebracht ist und in welchem ein Hochtemperatur-Plasma, in dem Wasserstoff und Wasserstoffisotope in einem Plasmazustand aufrechterhalten werden, in einem ringförmigen, durch die innere Strukturbaugruppe definierten Raum eingeschlossen ist. Der innere Bestandteil umfaßt eine Kühlanordnung mit einer Mehrfach-Wandstruktur mit mehreren Wänden, die in/an der inneren Strukturbaugruppe ausgebildet sind und einen Strömungskanal, der in der Kühlanordnung für ein Kühlfluid gebildet ist, zum Abführen von durch das Plasma und eine nukleare Reaktion verursachter Wärme. Die innere Strukturbaugruppe umfaßt eine Vielzahl außenseitiger Brutmantel-Baugruppen, die jede eine dem Plasma zugewandte Oberfläche haben, umfaßt eine Vielzahl innenseitiger Brutmantel-Baugruppen, die jede eine dem Plasma zugewandte Oberfläche haben, und umfaßt eine Vielzahl von Divertor- Baugruppen, die jede eine dem Plasma zugewandte Oberfläche haben, wobei die außenseitigen Brutmantel-Baugruppen und die innenseitigen Brutmantel-Baugruppen und die Divertor- Baugruppen entlang der kreisumfänglichen Richtung des ringförmigen Vakuumgefäßes angeordnet sind und alle diese Baugruppen mit der an deren dem Plasma zugewandten Oberfläche ausgebildeten Kühlanordnung versehen sind.

Claims (39)

1. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors, in welchem eine innere Strukturbaugruppe (18) in einem torischen Vakuumgefäß (12) entlang dessen kreisumfänglicher Richtung angeordnet ist und in welchem ein Hochtemperatur-Plasma (11), in dem Wasserstoff und Wasserstoffisotope in einem Plasmazustand aufrechterhalten werden, in einem torischen Innenraum (19), der innerhalb der inneren Strukturbaugruppe (18) definiert ist, eingeschlossen ist, wobei der innere Bestandteil umfaßt: eine Kühlanordnung (53, 73, 80) enthaltend eine Mehrfach- Wandstruktur mit mehreren Wänden (54, 55; 85, 86), die an/in der inneren Strukturbaugruppe (18) ausgebildet sind, und einen in der Kühlanordnung (53, 73, 80) ausgebildeten Strömungskanal (56) für ein Kühlfluid zum Extrahieren von Wärme, die durch das Plasma (11) und eine nukleare Reaktion verursacht ist.

2. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrfach-Wandstruktur der Kühlanordnung (53, 73, 80) aus einem Innenwandelement (54, 85), in welchem der Strömungskanal (56) für das Kühlfluid ausgebildet ist, und einem Außenwandelement (55, 86), welches das Innenwandelement (54, 85) mit einer dazwischen ausgebildeten Spalte (60, 89) umgibt, geformt ist.

3. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leck- Detektionseinrichtung (31) bereitgestellt ist, um mit der Spalte (60, 89) zum Erfassen eines Lecks des Kühlfluids in die Spalte (60, 89) zwischen den inneren und äußeren Wandelementen (54, 55; 85, 86) zu kommunizieren.

4. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spalte (60, 89) zwischen den mehreren Wänden (54, 55; 85, 86) ausgebildet ist und ein Wasserstoff-Prozessor (46), der in der Lage ist mit der Spalte (60, 89) zu kommunizieren, bereitgestellt ist, um Wasserstoff und Wasserstoffisotope, die in die Kühlanordnung (53, 73, 80) eintreten, abzutrennen und zu speichern.

5. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoff-Prozessor (46) für ein Gas-Zirkulationssystem (39) bereitgestellt ist, in dem ein Gas zirkuliert, wobei ein Innenraum des Wasserstoff- Prozessors (46) in eine Prozeßgaskammer (65), die einen Teil des Gas-Zirkulationssystems (39) bildet, und eine Prozeßkammer (66) zum Speichern von Wasserstoff und Wasserstoffisotopen durch eine Wasserstoff-permeable Membran (64), die für Wasserstoff und Wasserstoffisotope permeabel ist, eingeteilt ist.

6. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Wasserstoff- Prozessor (46) zumindest Wasserstoff und/oder Wasserstoffisotope, die durch die Wasserstoff-permeable Membran (64) abgetrennt wurden, oxidierbar sind.

7. Interne Vorrichtung eines Fusionsreaktors nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wasserstoff-Getter (67) in der Prozeßkammer (66) des Wasserstoff-Prozessors (46) untergebracht ist und abgetrennter Wasserstoff und abgetrennte Wasserstoffisotope durch den Wasserstoff-Getter (67) adsorbiert und/oder absorbiert und gespeichert werden.

8. Interne Vorrichtung eines Fusionsreaktors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spalte (60, 89) zwischen den mehreren Wänden (54, 55; 85, 86) ausgebildet ist und Gas- und Flüssigkeits-Zirkulationssystem (38, 39) mit der Spalte (60, 89) kommunizieren, wobei die Zirkulationssysteme (38, 39) eine Einrichtung zum Messen einer Änderung eines Druckzustands und eines Wassergehaltes (43, 44) in einem Gas und einer Flüssigkeit, die in der Spalte (60, 89) vorhanden sind, umfassen, um ein Leck des Gases und des Kühlfluids, welche durch die Kühlanordnung (53, 73, 80) strömen, zu erfassen.

9. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spalte (60, 89) zwischen den mehreren Wänden (54, 55; 85, 86) der Kühlanordnung (53, 73, 80) ausgebildet ist und eine Druck-Erfassungseinrichtung (44), die in der Lage ist mit der Spalte (60, 89) zu kommunizieren, bereitgestellt ist, um ein Leck aus der Kühlanordnung (53, 73, 80) aus einem in der Spalte (60, 89) existierenden Gas zu erfassen.

10. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Detektor (31) zum Erfassen eines Gases an einem mit dem Innenraum (19) des torischen Vakuumgefäßes (12) kommunizierenden Auslaß (30) bereitgestellt, um ein Leck des Gases aus der Kühlanordnung (53, 73, 80) durch einen Innenraum (19) des Vakuumgefäßes (12) zu erfassen.

11. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Auslässen (30), die mit dem Innenraum (19) des torischen Vakuumgefäßes (12) kommunizieren, in kreisumfänglicher Richtung des Vakuumgefäßes (12) angeordnet sind und Detektoren (31) zum Erfassen eines Gases jeweils an den Auslässen bereitgestellt sind, um eine Stelle, durch welche das Gas durch Leckbildung aus der Kühlanordnung (53, 73, 80) tritt, zu erfassen.

12. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spalte (60, 89) zwischen den mehreren Wänden (54, 55; 85, 86) der Kühlanordnung (53, 73, 80) ausgebildet ist und Metalldrähte (61) mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit in der Spalte (60, 89) angeordnet sind.

13. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalldrähte (61) aus dem gleichen Material wie das der Kühlanordnung (53, 73, 80) gebildet sind.

14. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalldrähte (61) aus einem Material gebildet sind, das eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die höher ist als diejenige des Materials, das die Kühlanordnung (53, 73, 80) ausbildet.

15. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Wände (54, 55; 85, 86) eng ineinander eingepaßt sind, wobei teilweise Spalten (60, 89) zwischen den mehreren Wänden (54, 55; 85, 86) als Kanäle ausgebildet sind, durch welche ein Fluid strömen lassen wird.

16. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrfach-Wandstruktur wenigstens einen Abschnitt aufweist, der aus einem Wasserstoff-Speichermaterial oder einer derartigen Legierung ausgebildet ist.

17. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrfach-Wandstruktur eine Dicke aufweist, die an einer dem Hochtemperatur-Plasma (11) zugewandten Seite vermindert ist.

18. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die innere Strukturbaugruppe (18) eine Vielzahl außenseitiger Brutmantel-Baugruppen (22) umfaßt, die jede eine dem Plasma (11) zugewandte Oberfläche haben, eine Vielzahl von innenseitigen Brutmantel-Baugruppen (21) umfaßt, die jede eine dem Plasma (11) zugewandte Oberfläche haben, und eine Vielzahl von Divertor-Baugruppen (23) umfaßt, die jede eine dem Plasma (11) zugewandte Oberfläche haben, wobei die außenseitigen Brutmantel- Baugruppen (22) und die innenseitigen Brutmantel-Baugruppen (21) und die Divertor-Baugruppen (23) entlang der kreisumfänglichen Richtung das torischen Vakuumgefäßes (12) angeordnet sind und wobei jede der außenseitigen Brutmantel- Baugruppen (22) und der innenseitigen Brutmantel-Baugruppen (21) und der Divertor-Baugruppen (23) an der an deren dem Plasma (11) zugewandten Oberfläche mit der Kühlanordnung (53, 73, 80) versehen ist.

19. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrfach-Wandstruktur der Kühlanordnung (53, 73, 80) aus einem Innenwandelement (54, 85), in welchem der Strömungskanal (56) für das Kühlfluid ausgebildet ist, und einem Außenwandelement (55, 86), welches das Innenwandelement (54, 85) mit einer dazwischen ausgebildeten Spalte (60, 89) umgibt, gebildet ist.

20. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leck- Detektionseinrichtung (31) bereitgestellt ist, um mit der Spalte (60, 89) zum Erfassen eines Lecks des Kühlfluids in die Spalte (60, 89) zwischen den Innen- und Außenwandelementen (54, 55; 85, 86) zu kommunizieren.

21. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spalte (60, 89) zwischen den mehreren Wänden (54, 55; 85, 86) ausgebildet ist und ein Wasserstoff-Prozessor (46), der in der Lage ist mit der Spalte (60, 89) zu kommunizieren, bereitgestellt ist, um Wasserstoff und Wasserstoffisotope, die in die Kühlanordnung (53, 73, 80) eintreten, abzutrennen.

22. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserstoff-Prozessor (46) für ein Gas-Zirkulationssystem (39) bereitgestellt ist, in welchem ein Gas zirkuliert, ein Innenraum des Wasserstoff- Prozessors (46) in eine Prozeßgaskammer (65), die einen Teil des Gas-Zirkulationssystems (39) bildet, und eine Prozeßkammer (66) zum Speichern von Wasserstoff und Wasserstoffisotopen durch eine Wasserstoff-permeable Membran (64), die für Wasserstoff und Wasserstoffisotope permeabel ist, geteilt ist.

23. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Wasserstoff- Prozessor (46) zumindest Wasserstoff und/oder Wasserstoffisotope, die durch die Wasserstoff-permeable Membran (64) abgetrennt wurden, oxidierbar sind.

24. Interne Vorrichtung eines Fusionsreaktors nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wasserstoff-Getter (67) in der Prozeßkammer (66) des Wasserstoff-Prozessors untergebracht ist und abgetrennter Wasserstoff und abgetrennte Wasserstoff-Isotope durch den Wasserstoff-Getter (67) adsorbiert und/oder absorbiert und gespeichert werden.

25. Interne Vorrichtung eines Fusionsreaktors nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spalte (60, 89) zwischen den mehreren Wänden (54, 55; 85, 86) ausgebildet ist und Gas- und Flüssigkeits-Zirkulationssysteme (38, 39) mit der Spalte (60, 89) kommunizieren, wobei die Zirkulationssysteme (38, 39) eine Einrichtung (43, 44) zum Messen der Änderung eines Druckzustands und eines Wassergehalts in einem Gas und einer Flüssigkeit, die in der Spalte (60, 89) existieren, umfassen, um ein Leck des Gases und einer durch die Kühlanordnung (53, 73, 80) strömenden Kühlflüssigkeit zu erfassen.

26. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spalte (60, 89) zwischen den mehreren Wänden (54, 55; 85, 86) der Kühlanordnung (53, 73, 80) ausgebildet ist und eine Druck-Erfassungseinrichtung (44), die in der Lage ist mit der Spalte (60, 89) zu kommunizieren, bereitgestellt ist, um ein Leck aus der Kühlanordnung (53, 73, 80) aus einem in der Spalte (60, 89) exisitierenden Gas zu erfassen.

27. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Detektor zum Erfassen eines Gases (31) an einem Auslaß, der mit dem Innenraum (19) des torischen Vakuumgefäßes (12) kommuniziert, angeordnet ist, um ein Leck des Gases aus der Kühlanordnung (53, 73, 80) durch einen Innenraum (19) des Vakuumgefäßes (12) zu erfassen.

28. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Auslässen, die mit dem Innenraum (19) des torischen Vakuumgefäßes (12) kommunizieren, in kreisumfänglicher Richtung des Vakuumgefäßes (12) angeordnet sind und Detektoren zum Erfassen eines Gases jeweils an den Auslässen bereitgestellt sind, um eine Stelle, durch welche das Gas durch Leckbildung aus der Kühlanordnung (53, 73, 80) tritt, zu erfassen.

29. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spalte (60, 89) zwischen den mehreren Wänden (54, 55; 85, 86) der Kühlanordnung (53, 73, 80) ausgebildet ist und Metalldrähte (61) mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit in der Spalte (60, 89) angeordnet sind.

30. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalldrähte (61) aus dem gleichen Material wie das der Kühlanordnung (53, 73, 80) gebildet sind.

31. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß die Metalldrähte (61) aus einem Material mit einer höheren Wärmeleitfähigkeit als die des Materials, das die Kühlanordnung (53, 73, 80) bildet, ausgebildet sind.

32. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Wände eng ineinander eingepaßt sind, wobei teilweise Spalte (60, 89) zwischen den mehreren Wänden (54, 55; 85, 86) als Kanäle, durch welche ein Fluid strömen lassen wird, gebildet sind.

33. Innerer Bestandteil eine Fusionsreaktors nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Mehrfach-Wandstruktur aus einem Wasserstoff-Speichermaterial oder einer derartigen Legierung gebildet ist.

34. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrfach-Wandstruktur eine Dicke hat, die auf einer dem Hochtemperatur-Plasma (11) zugewandten Seite vermindert ist.

35. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrfach-Wandstruktur einen rechteckförmigen Querschnitt hat.

36. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrfach-Wandstruktur einen kreisförmigen Querschnitt hat.

37. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrfach-Wandstruktur aus inneren und äußeren Röhrenelementen gebildet ist, zwischen welchen eine kreisförmige Spalte (60, 89) ausgebildet ist.

38. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlanordnung (53, 73, 80) einstückig mit der dem Plasma (11) zugewandten Oberfläche jeder außenseitigen Brutmantel-Baugruppe, innenseitigen Brutmantel-Baugruppe und Divertor-Baugruppe ausgebildet ist.

39. Innerer Bestandteil eines Fusionsreaktors nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlanordnung (53, 73, 80) getrennt zu der dem Plasma (11) zugewandten Oberfläche jeder außenseitigen Brutmantel-Baugruppe, innenseitigen Brutmantel-Baugruppe und Divertor-Baugruppe ausgebildet ist und die Kühlanordnung (53, 73, 80) an deren Oberfläche befestigt ist.