JP2003130976A - Nuclear fusion reactor - Google Patents

Nuclear fusion reactor

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JP2003130976A
JP2003130976A JP2001258233A JP2001258233A JP2003130976A JP 2003130976 A JP2003130976 A JP 2003130976A JP 2001258233 A JP2001258233 A JP 2001258233A JP 2001258233 A JP2001258233 A JP 2001258233A JP 2003130976 A JP2003130976 A JP 2003130976A
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nuclear fusion
fusion
lithium
reactor
heat
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JP2001258233A
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Japanese (ja)
Inventor
Hidetsugu Ikegami
栄胤 池上
Masaaki Inoue
正明 井上
Ikuo Watanabe
郁夫 渡辺
Hiroshi Shimizu
博 清水
Shigeki Maruyama
茂樹 丸山
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a nuclear fusion reactor which can construct a heat transport system by using liquid metal lithium as a nuclear fusion source material as a coolant at the same time and which can be made compact as compared with a system using helium gas or water as a coolant. SOLUTION: The nuclear fusion reactor is provided with a fusion reactor 1 and a fusion reactor 3 which induce a nonthermal nuclear fusion reaction when the surface of the nuclear fusion source material such as liquid lithium, boron or the like or an alloy or the like with a metal having a catalytic action to a nuclear fusion reaction is irradiated with a hydrogen ion beam and which generate heat energy at this time, a heat exchanger 5 by which the heat energy generated in the fusion reactors is thermally converted so as to be supplied to a turbine 7 and a circulating pump 4 comprising a circulation passage by which the liquid helium inside the fusion reactors is circulated through the heat exchanger 5.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、液体状のリチウ
ム、ボロン等の核融合原料物質、又は核融合反応の触媒
作用を持つ金属との合金等の表面に水素イオンビームを
照射することにより非熱核融合反応を誘発し、その際に
発生するエネルギーを利用する核融合反応装置に関す
る。
TECHNICAL FIELD The present invention is directed to irradiating a surface of a fusion raw material such as liquid lithium or boron, or an alloy with a metal having a catalytic action of a fusion reaction with a hydrogen ion beam. The present invention relates to a nuclear fusion reaction device that induces a thermonuclear fusion reaction and uses energy generated at that time.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から今日まで核融合反応の実用に十
分な高密度のイオン・電子プラズマは未だ実現していな
い。このようなことから、本出願人は、特願2001−
00156において「溶融リチウム核融合反応発生方法
及び核融合エネルギー供給装置」を、特願2001−1
77670において「核融合発電方法および核融合発電
装置」を、特願2001−216026において「非熱
核融合発電方法および非熱核融合発電装置」を発明し
た。これらの先願発明では、既存の手段によって、前記
の高密度のイオン・電子プラズマの達成が可能であり、
これを利用したエネルギー供給装置の構成例が紹介され
ている。
2. Description of the Related Art Up to now, a high density ion / electron plasma sufficient for practical use of nuclear fusion reaction has not been realized. Therefore, the applicant of the present invention has filed a patent application 2001-
[00156] Japanese Patent Application No. 2001-1 for "Method of generating molten lithium fusion reaction and fusion energy supply device" in 00156.
Invented "nuclear fusion power generation method and nuclear fusion power generation device" in 77670, and "non-thermal fusion power generation method and non-thermal fusion power generation device" in Japanese Patent Application No. 2001-216026. In these prior inventions, it is possible to achieve the aforementioned high-density ion / electron plasma by existing means,
An example of the configuration of an energy supply device using this is introduced.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】該先願発明では、実際
に実用化するうえで、以下に述べるような課題が考えら
れる。
SUMMARY OF THE INVENTION In the invention of the prior application, the following problems can be considered in practical application.

【0004】(1)該先願発明では、冷却材としてヘリ
ウムガス、または、水を用いているが、ヘリウムガスの
場合には、液体の冷却材に比べると比熱及び熱伝導率が
小さく、熱交換器を含めて設備が大型化するという課題
がある。一方、溶融リチウムの冷却材への適用も構成例
として挙げているが、具体的な装置概念の構築には至っ
ていない。
(1) In the invention of the prior application, helium gas or water is used as the coolant, but in the case of helium gas, the specific heat and the thermal conductivity are smaller than that of the liquid coolant, There is a problem that the equipment including the exchanger becomes large. On the other hand, although application of molten lithium to a coolant is also mentioned as a configuration example, a concrete device concept has not been constructed yet.

【0005】(2)水の場合には、発電に供するために
は高温とする必要があり、そのためには、高圧条件とす
る必要が生じる、従って、強度を確保するためには、構
造材の板厚は厚くなり、設備の大型化を招くという課題
があるとともに、炉心部で伝熱管が破損した場合には、
核融合原料物質である液体リチウムと水が激しく反応す
る事故となるという課題がある。
(2) In the case of water, it is necessary to raise the temperature in order to use it for power generation, and for that reason, it is necessary to use high-pressure conditions. Therefore, in order to secure the strength, the structural material There is a problem that the plate thickness becomes thick and the equipment becomes large, and when the heat transfer tube is damaged in the core,
There is a problem that liquid lithium, which is a nuclear fusion raw material, reacts violently with water.

【0006】(3)核融合による発熱の生じている炉心
部の冷却は、伝熱管を介しての除熱となるため、炉心部
の温度は、冷却材の温度より高くなるため、炉心部の構
造材の強度確保上の課題もある。
(3) Since the cooling of the core portion where heat is generated due to fusion is removed through the heat transfer tubes, the temperature of the core portion becomes higher than the temperature of the coolant, so that There are also issues in securing the strength of structural materials.

【0007】(4)該先願発明では、核融合反応により
得られる核融合エネルギーを供給する装置において、生
成されるHe又は該核融合反応では生成され、かつ自然
界に存在割合がきわめて低いるHeを資源として活用
したいとの要望があるが、かかる要望を実現するための
手段は知られていない。
(4) In the invention of the prior application, He generated in the apparatus for supplying the fusion energy obtained by the fusion reaction or generated in the fusion reaction and having a very low abundance in nature 3 Although there is a desire to utilize He as a resource, no means for realizing such a demand is known.

【0008】(5)該先願発明では、冷媒として加圧ヘ
リウムもしくは加圧水を用いていることにより、原子炉
容器等が厚肉化し、物量が増大するという課題が考えら
れる。この課題は、厚肉化と使用する材料の許容応力の
関係から、使用温度の上限を抑える要因ともなり得るも
のであり、その場合には熱効率も制約を受けることにな
る。加えて、炉心から加圧ヘリウムもしくは加圧水に熱
を伝え、その後蒸気発生器により蒸気を発生させるた
め、蒸気温度に対して炉心温度を大幅に上げざるを得な
い可能性も含んでいる。
(5) In the invention of the prior application, since pressurized helium or pressurized water is used as the refrigerant, there is a problem in that the reactor vessel and the like become thicker and the quantity of the product increases. This problem can be a factor that suppresses the upper limit of the operating temperature due to the relationship between thickening and the allowable stress of the material used, and in that case, the thermal efficiency is also limited. In addition, since heat is transferred from the core to pressurized helium or pressurized water and then steam is generated by the steam generator, there is a possibility that the core temperature has to be raised significantly with respect to the steam temperature.

【0009】(6)(5)に加えて、溶融リチウムは化
学的に活性であり、取扱いに注意を要することに加え、
万一の漏えいに備えた設備対応を施す必要がある。
(6) In addition to (5), molten lithium is chemically active and requires careful handling.
It is necessary to take measures for equipment in case of a leak.

【0010】(7)該先願発明では、簡素な構成で経済
性や信頼性を考慮すると、必ずしも十分なものではな
い。
(7) The prior invention is not always sufficient in view of economy and reliability with a simple structure.

【0011】そこで、本発明の目的は、前記の従来技術
の課題を解決するため成されたものである。すなわち、
第1の目的は、核融合原料物質である液体金属リチウム
を、同時に冷却材として用いた熱輸送システムを構築で
き、冷却材にヘリウムガス又は水を用いる方式に比べて
装置のコンパクト化が図れる核融合反応装置を提供する
ことにある。
Therefore, the object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art. That is,
The first purpose is to construct a heat transport system using liquid metal lithium, which is a fusion material, as a coolant at the same time, and to make the device compact compared to the system using helium gas or water as a coolant. It is to provide a fusion reactor.

【0012】第2の目的は、Heを資源として活用でき
る核融合反応装置を提供することにある。
A second object is to provide a nuclear fusion reactor capable of utilizing He as a resource.

【0013】第3の目的は、発電熱効率の向上を図り、
また、万一の事故等に対する安全性の向上を図ることが
可能となる核融合反応装置を提供することにある。
A third object is to improve the thermal efficiency of power generation,
Another object of the present invention is to provide a nuclear fusion reactor capable of improving safety in the event of an accident.

【0014】第4の目的は、極めて簡素で、経済性や信
頼性に富んだ核融合反応装置を提供することにある。
A fourth object is to provide a nuclear fusion reactor which is extremely simple and highly economical and reliable.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、請求項1に対応する発明は、液体状のリチウム、ボ
ロン等の核融合原料物質、又は核融合反応の触媒作用を
持つ金属との合金等の表面に水素イオンビームを照射す
ることにより非熱核融合反応を誘発し、その際に熱エネ
ルギーを発生する核融合反応炉と、前記核融合反応炉で
発生する熱エネルギーを熱変換して熱利用手段に供給す
る熱変換手段と、前記核融合反応炉内の液体状のリチウ
ムを前記熱変換手段に循環させる循環路を含む循環手段
と、を具備したことを特徴とする核融合反応装置であ
る。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention corresponding to claim 1 is to provide a fusion raw material such as liquid lithium and boron, or a metal having a catalytic action for a fusion reaction. A non-thermal nuclear fusion reaction is induced by irradiating the surface of the alloy, etc. with a hydrogen ion beam, and the thermal energy generated in the nuclear fusion reactor and the thermal energy generated in the nuclear fusion reactor are converted into heat. And a heat converting means for supplying the heat to the heat utilizing means, and a circulation means including a circulation path for circulating liquid lithium in the nuclear fusion reactor to the heat converting means. It is a reactor.

【0016】前記目的を達成するために、請求項2に対
応する発明は、前記循環手段の循環路に液体状のリチウ
ムを追加供給できる設備を更に備えたことを特徴とする
請求項1に記載の核融合反応装置である。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention corresponding to claim 2 is further provided with equipment capable of additionally supplying liquid lithium to the circulation passage of the circulation means. It is a nuclear fusion reactor.

【0017】前記目的を達成するために、請求項3に対
応する発明は、前記非熱核融合反応による発生熱の冷却
は、炉心を直接冷却する液体状のリチウムを冷却材とし
た系統と、前記熱利用手段としてのタービンを回転させ
るための水/蒸気系統からなり、液体金属リチウムと水
/蒸気間の熱変換手段は、熱交換器によるものであるこ
とを特徴とする請求項1,2のいずれか一つに記載の核
融合反応装置である。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention corresponding to claim 3 is to cool the heat generated by the non-thermonuclear fusion reaction in a system using liquid lithium as a coolant for directly cooling the core, 3. A water / steam system for rotating a turbine as the heat utilization means, wherein the heat conversion means between the liquid metal lithium and water / steam is a heat exchanger. The nuclear fusion reactor according to any one of 1.

【0018】前記目的を達成するために、請求項4に対
応する発明は、前記液体状のリチウム系統と水/蒸気系
統の間に、もう1つの独立した熱輸送媒体とする系統を
設けたことを特徴とする請求項3に記載の核融合反応装
置である。
In order to achieve the above object, in the invention corresponding to claim 4, another independent heat transfer medium system is provided between the liquid lithium system and the water / steam system. 4. The nuclear fusion reactor according to claim 3.

【0019】前記目的を達成するために、請求項5に対
応する発明は、前記核融合反応炉は炉心と、炉心を内蔵
する炉容器とからなり、該炉容器と該炉心とのガス空間
には、圧力制御用のガス排気ラインが設置され、当該ガ
ス排気ラインには、液体状のリチウムの蒸気を凝縮する
ベーパトラップ、水素および水素化リチウム捕獲装置を
有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに
記載の核融合反応装置である。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention corresponding to claim 5 is such that the fusion reactor comprises a reactor core and a reactor vessel containing the reactor core, and a gas space between the reactor vessel and the reactor core is provided. A gas exhaust line for pressure control is installed, and the gas exhaust line has a vapor trap for condensing liquid lithium vapor, a hydrogen and lithium hydride trapping device. 4 is a nuclear fusion reactor according to any one of 4.

【0020】前記目的を達成するために、請求項6に対
応する発明は、前記ガス排気ラインの下流側に、ヘリウ
ムガス回収装置を設置したことを特徴とする請求項5に
記載の核融合反応装置である。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 6 is characterized in that a helium gas recovery device is installed on the downstream side of the gas exhaust line. It is a device.

【0021】前記目的を達成するために、請求項7に対
応する発明は、前記ガス排気ラインは、前記熱交換器等
の自由液面を有する機器のガス空間にも接続され、当該
機器のガスの排気も行えることを特徴とする請求項5,
6のいずれか一つに記載の核融合反応装置である。
In order to achieve the above object, in the invention according to claim 7, the gas exhaust line is connected to a gas space of a device having a free liquid surface such as the heat exchanger, and the gas of the device is connected. 6. The exhaust of can also be performed.
The nuclear fusion reactor according to any one of 6 above.

【0022】前記目的を達成するために、請求項8に対
応する発明は、液体状のリチウム系統には、液体状のリ
チウムの精製装置を設けたことを特徴とする請求項1〜
7のいずれか一つに記載の核融合反応装置である。
In order to achieve the above object, the invention corresponding to claim 8 is characterized in that a liquid lithium system is provided with a liquid lithium purifying device.
The nuclear fusion reactor according to any one of 7 above.

【0023】前記目的を達成するために、請求項9に対
応する発明は、液体状のリチウム、ボロン等の核融合原
料物質、又は核融合反応の触媒作用を持つ金属との合金
等の表面に水素イオンビームを照射することにより非熱
核融合反応を誘発し、その際に発生する熱エネルギーを
熱利用手段に供給する核融合反応炉と、前記核融合反応
炉内で非熱核融合反応によって生成される核融合反応生
成物のHeを選択的に分離し、該分離されたHeを抽出
可能なHe抽出手段と、を具備したことを特徴とする核
融合反応装置である。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 9 provides a method for forming a fusion raw material such as liquid lithium or boron on the surface of an alloy with a metal having a catalytic action for a fusion reaction. A non-thermal nuclear fusion reaction is induced in the nuclear fusion reactor by inducing a non-thermal nuclear fusion reaction by irradiating a hydrogen ion beam and supplying the heat energy generated at that time to the heat utilization means. And a He extraction means capable of selectively separating He of the produced fusion reaction product and extracting the separated He.

【0024】前記目的を達成するために、請求項10に
対応する発明は、前記He抽出手段のHeを選択的に分
離する手段は、He透過膜、気液分離器のいずれかであ
ることを特徴とする請求項9に記載の核融合反応装置で
ある。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 10 is that the means for selectively separating He in the He extraction means is either a He permeable membrane or a gas-liquid separator. The nuclear fusion reactor according to claim 9.

【0025】前記目的を達成するために、請求項11に
対応する発明は、前記Heの同位体であるHeと
eを個別に選択的に分離する機構を、更に備えたことを
特徴とする請求項9に記載の核融合反応装置である。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 11 provides the isotopes of He, 3 He and 4 H.
The nuclear fusion reactor according to claim 9, further comprising a mechanism for selectively separating e individually.

【0026】前記目的を達成するために、請求項12に
対応する発明は、前記水素イオンビーム発生に使われる
水素Hと反応生成物であるHeを分離する機構を、更に
備えたことを特徴とする請求項9に記載の核融合反応装
置である。
To achieve the above object, the invention according to claim 12 further comprises a mechanism for separating hydrogen H used for the generation of the hydrogen ion beam and He as a reaction product. The nuclear fusion reactor according to claim 9.

【0027】前記目的を達成するために、請求項13に
対応する発明は、前記HeとHeを個別に選択的に
分離する機構としてノズル分離器を使用するか、または
水素HとヘリウムHeを選択的に分離する機構としてノ
ズル分離器を使用することを特徴とする請求項11また
は請求項12記載の核融合反応装置である。
To achieve the above object, the invention according to claim 13 uses a nozzle separator as a mechanism for selectively separating the 3 He and 4 He individually, or hydrogen H and helium He. 13. The fusion reactor according to claim 11 or 12, wherein a nozzle separator is used as a mechanism for selectively separating the.

【0028】前記目的を達成するために、請求項14に
対応する発明は、前記核融合原料物質であって液体状の
金属に、融点を降下させる効果を有する金属を添加した
ことを特徴とする請求項1〜13のいずれか一つに記載
の核融合反応装置である。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 14 is characterized in that a metal having a melting point lowering effect is added to the fusion raw material which is a liquid metal. The nuclear fusion reactor according to any one of claims 1 to 13.

【0029】前記目的を達成するために、請求項15に
対応する発明は、前記核融合原料物質であって液体状の
金属に換えて、リチウム、ボロン等の各融合原料物質か
ら形成される溶融塩を使用したことを特徴とする請求項
1〜13のいずれか一つに記載の核融合反応装置であ
る。
In order to achieve the above-mentioned object, the invention according to claim 15 relates to the fusion raw material, which is formed from fusion raw materials such as lithium and boron instead of the liquid metal. The fusion reactor according to any one of claims 1 to 13, wherein a salt is used.

【0030】前記目的を達成するために、請求項16に
対応する発明は、前記核融合原料物質以外の物質による
溶融塩を添加し、融点を降下させたことを特徴とする請
求項15に記載の核融合反応装置である。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 16 is characterized in that a melting salt made of a substance other than the fusion raw material is added to lower the melting point. It is a nuclear fusion reactor.

【0031】前記目的を達成するために、請求項17に
対応する発明は、核融合反応によって発生する熱を冷却
材により取出し循環するポンプ及び配管よりなる高熱源
ループと、配管、循環ポンプ及び冷却器よりなる低熱原
ループと、当該高温熱源と低温熱源の間に熱電物質をは
さみ外部負荷に接続して電力を取り出す熱電変換器より
構成される熱電発電システムを有することを特徴とする
核融合反応装置である。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 17 provides a high heat source loop comprising a pump and a pipe for extracting and circulating heat generated by a fusion reaction by a coolant, the pipe, a circulation pump and a cooling. Fusion reaction characterized by having a low heat source loop consisting of a reactor and a thermoelectric power generation system consisting of a thermoelectric converter that sandwiches a thermoelectric material between the high temperature heat source and the low temperature heat source and connects it to an external load to extract electric power It is a device.

【0032】[0032]

【発明の実施形態】以下、本発明に係わる核融合反応装
置の実施形態について、図面を参照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a nuclear fusion reactor according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0033】<第1実施形態> (構成)図1は、本発明の第1実施形態を説明するため
の概略構成図である。本発明の核融合反応装置は、概略
炉心1と炉容器3からなる核融合反応炉と、熱変換手段
を構成する熱交換器とから構成されている。炉心1にお
いて、リチウムと水素が核融合反応を生じ、ヘリウムが
生成される。この核融合において発生する熱を受け取る
冷却材として、ここでは液体金属リチウム2を用いてい
る。
<First Embodiment> (Configuration) FIG. 1 is a schematic configuration diagram for explaining a first embodiment of the present invention. The nuclear fusion reactor of the present invention comprises a nuclear fusion reactor comprising a schematic core 1 and a reactor vessel 3, and a heat exchanger constituting a heat conversion means. In the core 1, lithium and hydrogen undergo a nuclear fusion reaction to generate helium. Liquid metal lithium 2 is used here as a coolant for receiving heat generated in this nuclear fusion.

【0034】炉心1で核融合によって発生した熱を受け
た液体金属リチウム(液体状のリチウム)2は、炉容器
3から循環ポンプ4の作用によって、熱交換器5に送ら
れる。
Liquid metal lithium (liquid lithium) 2 that has received heat generated by nuclear fusion in the core 1 is sent from the reactor vessel 3 to the heat exchanger 5 by the action of the circulation pump 4.

【0035】熱交換器5において、液体金属リチウム2
は伝熱管6内を流れる水/蒸気と熱交換を行い、炉心1
で受けた熱エネルギーを熱利用手段例えばタービン7を
回すための水/蒸気系8に伝達する。
In the heat exchanger 5, the liquid metal lithium 2
Exchanges heat with water / steam flowing in the heat transfer tube 6,
The heat energy received at is transferred to the water / steam system 8 for rotating the heat utilization means, for example the turbine 7.

【0036】(作用)このように構成された核融合反応
装置の第1実施形態においては、液体金属リチウム2が
核融合原料物質として、炉心1で消費されるとともに、
炉心1で発生した熱を、水/蒸気系8に熱交換器5を介
して伝達するシステムにおいて、冷却材としての機能を
果たすことになる。
(Operation) In the first embodiment of the fusion reactor thus constructed, the liquid metal lithium 2 is consumed as the fusion raw material in the core 1, and
In the system in which the heat generated in the core 1 is transferred to the water / steam system 8 via the heat exchanger 5, it functions as a coolant.

【0037】(効果)以上述べた第1実施形態によれ
ば、リチウムと水素による核融合反応における一方の核
融合原料物質であるリチウムを冷却材である液体金属リ
チウム2によって供給できるため、特別に核融合用にリ
チウムを供給する設備が不要となる。
(Effects) According to the first embodiment described above, lithium, which is one of the nuclear fusion raw materials in the nuclear fusion reaction of lithium and hydrogen, can be supplied by the liquid metal lithium 2 that is the cooling agent, so that it is special. Equipment for supplying lithium for nuclear fusion is no longer required.

【0038】また、冷却材として、熱的特性に優れる液
体金属リチウム2を用いるため、ヘリウムを冷却材とす
る場合に比べ、熱交換器をコンパクトにすることが可能
である。
Since the liquid metal lithium 2 having excellent thermal characteristics is used as the coolant, the heat exchanger can be made compact as compared with the case where helium is used as the coolant.

【0039】更に、水を冷却材とする場合との比較にお
いては、水の場合には、所定の高温の温度条件を得るた
めには、圧力を高くする必要があるのに対し、第1実施
形態によれば、液体金属リチウム2を冷却材としている
ので、高温まで圧力を上げなくとも液体のまま温度が上
昇するため、構造物の薄肉化を図ることが可能である。
Further, in comparison with the case where water is used as the coolant, in the case of water, it is necessary to increase the pressure in order to obtain the temperature condition of a predetermined high temperature. According to the aspect, since the liquid metal lithium 2 is used as the coolant, the temperature rises as a liquid without increasing the pressure to a high temperature, so that the structure can be thinned.

【0040】<第2実施形態> (構成)図2は、本発明の第2実施形態の概略構成図で
ある。
<Second Embodiment> (Configuration) FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a second embodiment of the present invention.

【0041】第2実施形態では、炉心1を通る液体金属
リチウム2の系統内に、液体金属供給設備10を設けて
いる。これは、核融合によって、冷却材としている液体
金属リチウム2が、核融合原料物質として消費されるた
め、運転の継続のために、液体金属リチウムを追加供給
するための装置である。液体金属リチウムの減少は、炉
容器3の液体金属リチウムの自由液面11ないし熱交換
器5中の自由液面12の低下により把握することが可能
で、これらの液位変化は液面計13ないし14によって
計測される。
In the second embodiment, the liquid metal supply facility 10 is provided in the system of the liquid metal lithium 2 that passes through the core 1. This is a device for additionally supplying liquid metal lithium for continued operation because the liquid metal lithium 2 serving as a coolant is consumed as a nuclear fusion raw material by the nuclear fusion. The decrease of the liquid metal lithium can be grasped by the decrease of the free liquid level 11 of the liquid metal lithium in the furnace vessel 3 or the free liquid level 12 in the heat exchanger 5, and the change in these liquid levels can be measured by the level gauge 13 To 14 are measured.

【0042】(作用)このように、第2実施形態を構成
することにより、核融合により消費される液体金属リチ
ウム2の消費を把握するとともに、必要に応じ、液体金
属リチウムを追加提供することが可能となる。
(Operation) As described above, by configuring the second embodiment, it is possible to grasp the consumption of the liquid metal lithium 2 consumed by the nuclear fusion and additionally provide the liquid metal lithium as necessary. It will be possible.

【0043】(効果)以上述べた第2実施形態によれ
ば、核融合反応装置の核融合原料物質と冷却材を兼ねた
液体金属リチウムを、常時、必要量供給することがで
き、装置の連続運転を可能とする。
(Effects) According to the second embodiment described above, the required amount of liquid metal lithium, which also serves as the fusion raw material and the cooling material of the fusion reactor, can be constantly supplied, and the device can be continuously operated. Enables driving.

【0044】<第3実施形態>(構成)第3実施形態
は、既に図1、図2においても示しているように、液体
金属リチウム2と水/蒸気系8の2つの系統によって、
核融合による熱によってタービン7を回す熱輸送系を構
成するものであり、液体金属リチウム2の系と水/蒸気
系8間の熱交換器5は、例えばシェルアンドチューブ方
式の熱交換器を使用している。
<Third Embodiment> (Structure) In the third embodiment, as already shown in FIGS. 1 and 2, two systems of the liquid metal lithium 2 and the water / steam system 8 are used.
A heat transport system for rotating the turbine 7 by the heat of nuclear fusion is used, and the heat exchanger 5 between the liquid metal lithium 2 system and the water / steam system 8 uses, for example, a shell and tube heat exchanger. is doing.

【0045】(作用効果)第3実施形態は、このように
構成することで、熱交換器5を含む装置をコンパクトに
形成することが可能である。
(Functions and Effects) With the configuration of the third embodiment, the device including the heat exchanger 5 can be made compact.

【0046】<第4実施形態> (構成)図3は、本発明による第4実施形態の概略構成
を説明するための図である。
<Fourth Embodiment> (Structure) FIG. 3 is a diagram for explaining the schematic structure of a fourth embodiment according to the present invention.

【0047】本実施形態では、図2の構成に対し、核融
合反応炉を通る液体リチウム系統とタービンを含む水/
蒸気系8の間に、中間冷却系統18を加えたものであ
る。
In the present embodiment, in comparison with the configuration of FIG. 2, water / water containing a liquid lithium system and a turbine passing through a fusion reactor is used.
An intermediate cooling system 18 is added between the steam system 8.

【0048】(作用)このように中間冷却系統18は液
体金属を流体として用い、液体リチウム系統から、中間
熱交換器16により熱を受け、この熱を蒸気発生器15
により水/蒸気系8に伝達する。
(Operation) As described above, the intermediate cooling system 18 uses liquid metal as a fluid, receives heat from the liquid lithium system by the intermediate heat exchanger 16, and receives this heat from the steam generator 15
Is transmitted to the water / steam system 8.

【0049】(効果)第4実施形態のように構成するこ
とにより、図2の実施形態の場合には、熱交換器5の伝
熱管6が破損した場合には、液体金属リチウム2と水が
激しく反応し、反応生成物が炉心1に流入する等の影響
が出る可能性があるのに対し、本実施形態の場合、水/
蒸気系8と炉心1を流れる液体リチウム系との間に、さ
らにもう1つの系統が存在するため、蒸気発生器16で
伝熱管破損が生じても、反応生成物が炉心1に至ること
を防止でき、信頼性を向上させることができる。
(Effect) With the configuration of the fourth embodiment, in the case of the embodiment of FIG. 2, when the heat transfer tube 6 of the heat exchanger 5 is damaged, the liquid metal lithium 2 and water are separated. While there is a possibility that the reaction will occur violently and the reaction product may flow into the core 1, etc., in the case of the present embodiment, water /
Since another system exists between the steam system 8 and the liquid lithium system flowing in the core 1, even if the heat transfer tube is broken in the steam generator 16, the reaction product is prevented from reaching the core 1. It is possible to improve reliability.

【0050】<第5実施形態> (構成)図4は、本発明による第5実施形態の概略構成
を説明するための図である。
<Fifth Embodiment> (Structure) FIG. 4 is a diagram for explaining a schematic structure of a fifth embodiment according to the present invention.

【0051】本実施形態では、炉容器3のカバーガス空
間25にベーパトラップ19、水素トラップ(水素ゲッ
ター)21及び真空ポンプ22から成るガス排気ライン
を接続している。
In this embodiment, a gas exhaust line including a vapor trap 19, a hydrogen trap (hydrogen getter) 21 and a vacuum pump 22 is connected to the cover gas space 25 of the furnace vessel 3.

【0052】また、本排気ラインは熱交換器5のカバー
ガス空間26にも接続され、ベーパトラップ20を経
て、水素トラップ21、真空ポンプ22に至る構成とし
ている。さらに、本実施形態においては、前記真空ポン
プ22の下流側にヘリウムガス回収装置23を設置して
いる。また、液体金属リチウム系統には、液体金属リチ
ウムの精製装置を設置している。なお、24は液体金属
分離装置である (作用)このように構成された第5実施形態において、
まず、炉容器3のカバーガス空間25に接続されたガス
排気ラインは、カバーガスを排気し、炉容器のカバーガ
ス圧力をほぼ真空状態にする為のものであるが、このラ
インにベーパトラップ19を設置することにより、ベー
パトラップ19で液体金属リチウムの蒸気を凝縮させ、
それより下流に液体金属リチウムが流入することを防止
することができる。
The exhaust line is also connected to the cover gas space 26 of the heat exchanger 5, and is configured to reach the hydrogen trap 21 and the vacuum pump 22 via the vapor trap 20. Further, in this embodiment, a helium gas recovery device 23 is installed on the downstream side of the vacuum pump 22. A liquid metal lithium refining device is installed in the liquid metal lithium system. In addition, 24 is a liquid metal separation device (action) in the fifth embodiment configured in this way,
First, the gas exhaust line connected to the cover gas space 25 of the furnace vessel 3 is for exhausting the cover gas to bring the cover gas pressure of the furnace vessel to a substantially vacuum state. By installing the, the vapor of the liquid metal lithium is condensed in the vapor trap 19,
It is possible to prevent the liquid metal lithium from flowing into the downstream thereof.

【0053】また、水素トラップ21では、核融合原料
物質である水素が系外に流出することを防止するもので
ある。さらに、ヘリウムガス回収装置23は、核融合に
より生成したヘリウムガスを回収するためのものであ
る。さらに、このガス排気ラインを熱交換器5のカバー
ガス空間26にも接続することにより、熱交換器5のカ
バーガス圧力もほぼ真空状態に保つことが可能となる。
The hydrogen trap 21 prevents hydrogen, which is a nuclear fusion raw material, from flowing out of the system. Further, the helium gas recovery device 23 is for recovering the helium gas generated by nuclear fusion. Furthermore, by connecting this gas exhaust line to the cover gas space 26 of the heat exchanger 5, the cover gas pressure of the heat exchanger 5 can also be maintained in a substantially vacuum state.

【0054】(効果)第5実施形態のように構成するこ
とにより、核融合反応に必要なほぼ真空の状態を構築す
ることができるとともに、そのために実施するガスの排
気によっても液体金属リチウム等の物質が系外に流出す
ることを防止できる。
(Effects) With the configuration as in the fifth embodiment, it is possible to construct an almost vacuum state required for the nuclear fusion reaction, and also to exhaust liquid gas such as liquid metal lithium for the purpose. It is possible to prevent the substance from flowing out of the system.

【0055】<第6実施形態> (構成)図5は、本発明による第6実施形態の概略構成
を説明するための図である。
<Sixth Embodiment> (Structure) FIG. 5 is a view for explaining a schematic structure of a sixth embodiment according to the present invention.

【0056】図5は本発明を実施する核融合反応装置
(核融合反応炉)01の概略図であって、陰極02、陽
極03、溶融リチウム04、溶融リチウム供給口05、
溶融リチウム排出口06、水素、重水素ガス供給口0
7、水素、重水素ガス排気口08、絶縁体09、電源0
10、膜011、He透過膜012、He回収ライン0
13から構成されている。
FIG. 5 is a schematic diagram of a nuclear fusion reactor (nuclear fusion reactor) 01 for carrying out the present invention. The cathode 02, the anode 03, the molten lithium 04, the molten lithium supply port 05,
Molten lithium discharge port 06, hydrogen, deuterium gas supply port 0
7, hydrogen, deuterium gas exhaust port 08, insulator 09, power supply 0
10, membrane 011, He permeable membrane 012, He recovery line 0
It is composed of 13.

【0057】(作用)このように構成された第6実施形
態において、放電により生成される水素の陽イオンは膜
011を透過し、電子遮蔽効果と溶融金属中における原
子核間の凝集力増大の効果により溶融リチウム04と次
の核反応式(1)および(2)の核融合反応が起こる。
(Operation) In the sixth embodiment having the above-mentioned structure, hydrogen cations generated by discharge pass through the film 011 and have an electron shielding effect and an effect of increasing cohesive force between atomic nuclei in molten metal. Thus, the fusion reaction of the molten lithium 04 and the following nuclear reaction equations (1) and (2) occurs.

【0058】 Li + H → He + He +4.0MeV (1 ) Li + H → 2 He + 17.3MeV (2) この核融合反応で生じるHeをHe透過膜012で選択
的に分離し、He回収ライン013で回収する。なお膜
011としては水素イオンが透過できかつ強度が保てる
1μm程度のNi膜の使用が考えられる。
[0058] 6 Li + 1 H → 3 He + 4 He + 4.0MeV (1) 7 Li + 1 H → 2 4 He + 17.3MeV (2) Select the He occurring in the fusion reaction in He permeable membrane 012 And then recovered in the He recovery line 013. Note that as the film 011 it is possible to use a Ni film of about 1 μm that allows hydrogen ions to pass therethrough and maintains its strength.

【0059】また、第6実施形態では陰極02側の溶融
リチウムを想定しているが、陽極03側に置換して水素
の正イオンを注入するようにしても僅かながら反応が起
こる。
Further, in the sixth embodiment, molten lithium on the cathode 02 side is assumed, but a slight reaction occurs even if substitution is made on the anode 03 side and positive hydrogen ions are injected.

【0060】さらに陰極02を接地とすることで不必要
に荷電が装置に蓄積することがなく、安全である。
Further, by grounding the cathode 02, it is safe because electric charges are not unnecessarily accumulated in the device.

【0061】(効果)第6実施形態によれば、核融合反
応で生じるHeを回収することができるので、Heを資
源として活用することができる。
(Effect) According to the sixth embodiment, He generated in the nuclear fusion reaction can be recovered, so that He can be utilized as a resource.

【0062】<第7実施形態> (構成)図6は、本発明による第7実施形態の概略構成
を説明するための図である。
<Seventh Embodiment> (Structure) FIG. 6 is a view for explaining the schematic structure of a seventh embodiment according to the present invention.

【0063】図5と同じ番号については説明を省略す
る。図6は本発明を実施する核融合反応装置の概略図で
あって、気液分離器021が設けられている。
Description of the same numbers as in FIG. 5 is omitted. FIG. 6 is a schematic diagram of a nuclear fusion reaction device for carrying out the present invention, in which a gas-liquid separator 021 is provided.

【0064】(作用)核融合反応で生成されるHeは気
液分離器021によりHeを含む溶融リチウムよりHe
が選択的に分離され、He回収ライン013で回収され
る。
(Operation) He produced by the fusion reaction is converted into He from molten lithium containing He by the gas-liquid separator 021.
Is selectively separated and recovered in the He recovery line 013.

【0065】(効果)第7実施形態によれば、核融合反
応で生じるHeを回収することができるので、Heを資
源として活用することができる。
(Effect) According to the seventh embodiment, He generated in the nuclear fusion reaction can be recovered, so that He can be utilized as a resource.

【0066】<第8実施形態> (構成、作用)図7は、本発明による第8実施形態の概
略構成を説明するための図である。
<Eighth Embodiment> (Structure, Function) FIG. 7 is a diagram for explaining a schematic structure of an eighth embodiment according to the present invention.

【0067】図5と同じ番号については説明を省略す
る。図7は本発明を実施する核融合反応装置01の概略
図であって、He回収ライン013にHeとHeを
個別に選択的に分離する機構031が設けられ、He
回収ライン032とHe回収ライン33にそれぞれ
HeとHeが個別に回収される。なお、この実施形態
においてHe透過膜012の代わりに気液分離器を用い
てもよい。
Description of the same numbers as in FIG. 5 is omitted. Figure 7 is a schematic view of a nuclear fusion reactor 01 for carrying out the present invention, mechanism 031 to separate the 3 He and 4 He in He recovery line 013 individually selectively is provided, 3 He
Each recovery line 032 and 4 He recovery line 33 3
He and 4 He are collected separately. In this embodiment, a gas-liquid separator may be used instead of the He permeable membrane 012.

【0068】(効果)第8実施形態によれば、核融合反
応(1)式、(2)式で生じるHeとHeを個別に
回収することができるので、He同位体の中で自然界に
存在比率の少ないHeを資源として活用することがで
きる。
(Effect) According to the eighth embodiment, since 3 He and 4 He produced in the nuclear fusion reactions (1) and (2) can be individually recovered, they are naturally contained in He isotopes. 3 He, which has a low abundance ratio, can be utilized as a resource.

【0069】<第9実施形態> (構成、作用)図8は、本発明による第9実施形態の概
略構成を説明するための図である。
<Ninth Embodiment> (Structure, Function) FIG. 8 is a view for explaining the schematic structure of a ninth embodiment according to the present invention.

【0070】図5と同じ番号については説明を省略す
る。図8は本発明を実施する核融合反応装置01の概略
図であって、水素、重水素ガス排気口8にHとHeを分
離する機構041が設けられ、HeがHe回収ライン0
42で回収される。
Description of the same numbers as in FIG. 5 is omitted. FIG. 8 is a schematic diagram of a nuclear fusion reactor 01 for carrying out the present invention, in which a mechanism 041 for separating H and He is provided at a hydrogen / deuterium gas exhaust port 8, and He is a He recovery line 0.
Recovered at 42.

【0071】(効果)第9実施形態によれば、水素、重
水素ガス中のHeを回収することができるので、Heを
資源として活用することができる。特に、核融合反応
(1)式、(2)式は膜011付近の溶融リチウムで活
発に起こると考えられており、水素、重水素ガス中にも
かなりのHeが含まれている。
(Effect) According to the ninth embodiment, since He in hydrogen and deuterium gas can be recovered, He can be utilized as a resource. In particular, the nuclear fusion reactions (1) and (2) are considered to actively occur in molten lithium near the film 011 and hydrogen and deuterium gas also contain a considerable amount of He.

【0072】また、前述した第6実施形態および第7実
施形態と組み合わせることで、より多量のHeを回収で
きることは言うまでもない。
Needless to say, a larger amount of He can be recovered by combining the sixth and seventh embodiments described above.

【0073】さらに、He回収ライン042にHeと
Heを個別に選択的に分離する機構(図示せず)を設
けることにより、自然界に存在比率の少ないHeを回
収できる。
Further, 3 He was added to the He recovery line 042.
By providing a mechanism (not shown) for selectively separating 4 He individually, 3 He having a low abundance ratio in nature can be recovered.

【0074】HeとHeを個別に選択的に分離する
機構031およびHとHeを分離する機構041として
はノズル分離器を用いることができる。
A nozzle separator can be used as the mechanism 031 for selectively separating 3 He and 4 He individually and the mechanism 041 for separating H and He.

【0075】<第10実施形態> (構成)図9は、本発明による第10実施形態の概略構
成を説明するための図である。
<Tenth Embodiment> (Structure) FIG. 9 is a view for explaining the schematic structure of a tenth embodiment according to the present invention.

【0076】図4と同じ番号については説明を省略す
る。炉容器3のカバーガス空間25にベーパトラップ1
9、水素トラップ21及び真空ポンプ22から成るガス
排気ラインを接続している。また、本排気ラインは熱交
換器5のカバーガス空間26にも接続され、ベーパトラ
ップ20を経て、水素トラップ21、真空ポンプ22に
至る構成としている。水素トラップ21としては例えば
クライオポンプが考えられる。
Description of the same numbers as in FIG. 4 is omitted. The vapor trap 1 is placed in the cover gas space 25 of the furnace vessel 3.
9, a gas exhaust line including a hydrogen trap 21 and a vacuum pump 22 is connected. The exhaust line is also connected to the cover gas space 26 of the heat exchanger 5, and is configured to reach the hydrogen trap 21 and the vacuum pump 22 via the vapor trap 20. As the hydrogen trap 21, for example, a cryopump can be considered.

【0077】さらに、本実施形態においては、前記真空
ポンプ22の下流側にヘリウムガス回収装置23を設置
している。このヘリウムガス回収装置23の構成として
は、 HeとHeの分離装置27と、He回収装置
29と、He回収装置30からなり、前記真空ポンプ
22に分離装置27が接続され、分離装置27には
e回収装置29、He回収装置30が接続されてい
る。HeとHeの分離装置27としては例えば拡散
膜が考えられる。
Further, in this embodiment, the vacuum
A helium gas recovery device 23 is installed on the downstream side of the pump 22.
is doing. As the configuration of this helium gas recovery device 23
Is FourWith HeThreeA He separation device 27,FourHe recovery device
29,ThreeA vacuum pump composed of a He recovery device 30.
22 is connected to the separating device 27,FourH
e Recovery device 29,ThreeHe recovery device 30 is connected
ItFourWith HeThreeAs the He separation device 27, for example, diffusion
Membranes are considered.

【0078】また、液体金属リチウム系統には、液体金
属リチウムの精製装置を設置している。
A liquid metal lithium refining device is installed in the liquid metal lithium system.

【0079】(作用)このように構成された装置におい
て、まず、炉容器3のカバーガス空間25に接続された
ガス排気ラインは、カバーガスを排気し、炉容器のカバ
ーガス圧力をほぼ真空状態にする為のものであるが、こ
のラインにベーパトラップ19を設置することにより、
ベーパトラップ19で液体金属リチウムの蒸気を凝縮さ
せ、それより下流に液体金属リチウムが流入することを
防止することができる。
(Operation) In the apparatus configured as described above, first, the gas exhaust line connected to the cover gas space 25 of the furnace vessel 3 exhausts the cover gas, and the cover gas pressure of the furnace vessel is set to a substantially vacuum state. However, by installing the vapor trap 19 in this line,
The vapor of the liquid metal lithium can be condensed in the vapor trap 19 and the liquid metal lithium can be prevented from flowing into the vapor trap 19 downstream.

【0080】また、水素トラップ21では、核融合原料
物質である水素が系外に流出するのを防止し、また核融
合により生成したヘリウムガスを水素ガスより分離する
ことができる。さらに、ヘリウムガス回収装置23はヘ
リウムガスを回収することができる。HeとHeの
分離装置27は質量の異なるヘリウムガスを分離するこ
とができ、またHe回収装置25とHe回収装置2
6はそれぞれHeと Heを回収することができる。
In the hydrogen trap 21, the nuclear fusion raw material is used.
It prevents the substance hydrogen from flowing out of the system and
Separation of helium gas produced by coalescence from hydrogen gas
be able to. In addition, the helium gas recovery device 23
Lithium gas can be recovered.FourWith HeThreeHe's
The separation device 27 can separate helium gas having different mass.
And you canFourHe recovery device 25ThreeHe recovery device 2
6 is eachFourWith He ThreeHe can be recovered.

【0081】さらに、このガス排気ラインを熱交換器5
のカバーガス空間26にも接続することにより、熱交換
器のカバーガス圧力もほぼ真空状態に保つことが可能と
なる。
Further, the gas exhaust line is connected to the heat exchanger 5.
By connecting to the cover gas space 26, the cover gas pressure of the heat exchanger can be maintained in a substantially vacuum state.

【0082】(効果)このように構成した第10実施形
態によれば、核融合反応に必要なほぼ真空の状態を構築
することができるとともに、そのために実施するガスの
排気によっても液体金属リチウム等の物質が系外に流出
することを防止できる。また、核融合により生成したヘ
リウムガスを資源として活用することができ、さらに自
然界に存在比率の少ないHeを選択的に回収すること
ができる。
(Effect) According to the tenth embodiment configured as described above, it is possible to establish a substantially vacuum state necessary for the fusion reaction, and the liquid metal lithium or the like can be constructed by exhausting gas for that purpose. The substance can be prevented from flowing out of the system. In addition, the helium gas generated by nuclear fusion can be used as a resource, and 3 He, which has a low abundance in nature, can be selectively recovered.

【0083】<第11実施形態> (構成)図10は、本発明による第11実施形態の概略
構成を説明するための図である。図10は、熱電発電シ
ステムのフローシートであって、核融合反応装置を構成
する炉容器(反応容器)3から核融合反応により過熱さ
れた溶融リチウム冷却材は、配管101を介して熱電素
子(熱電物質)105の高温部103に導かれ、高温部
103を加熱した後循環ポンプ4により配管101に導
かれ、循環ポンプ4で炉容器3に戻る1次系循環ループ
を形成している。
<Eleventh Embodiment> (Structure) FIG. 10 is a view for explaining the schematic structure of an eleventh embodiment of the present invention. FIG. 10 is a flow sheet of a thermoelectric power generation system, in which a molten lithium coolant superheated by a fusion reaction from a reactor vessel (reaction vessel) 3 constituting a nuclear fusion reactor is connected to a thermoelectric element (through a pipe 101). The thermoelectric substance) 105 is guided to the high temperature part 103, and after heating the high temperature part 103, it is guided to the pipe 101 by the circulation pump 4, and the circulation pump 4 forms a primary system circulation loop that returns to the furnace vessel 3.

【0084】一方、熱電素子105の低温部104を冷
却除熱する2次系除熱ループが配管106、循環ポンプ
107、放熱装置108により構成されている。熱電素
子105の高温部103と低温部104との間には熱電
素子105が密接されていて、高温部103と低温部1
04との温度差により電気を発生する。即ち、熱エネル
ギーを直接電気エネルギーに変換する。発生した電気エ
ネルギーはケーブル109により負荷に供給される。
On the other hand, a secondary system heat removal loop for cooling and removing the low temperature portion 104 of the thermoelectric element 105 is constituted by the pipe 106, the circulation pump 107 and the heat dissipation device 108. The thermoelectric element 105 is closely contacted between the high temperature portion 103 and the low temperature portion 104 of the thermoelectric element 105, and the high temperature portion 103 and the low temperature portion 1
Electricity is generated due to the temperature difference with 04. That is, heat energy is directly converted into electric energy. The generated electrical energy is supplied to the load by the cable 109.

【0085】第11実施形態によれば、熱エネルギーを
直接電気エネルギーに変換できるため、極めて簡素な発
電システムを実現でき、経済性や信頼性に富んだ核融合
エネルギー供給装置を提供することができる。
According to the eleventh embodiment, since heat energy can be directly converted into electric energy, an extremely simple power generation system can be realized, and a fusion energy supply device with high economical efficiency and reliability can be provided. .

【0086】<第12実施形態> (構成)図11は、本発明による第12実施形態の概略
構成を説明するための図である。炉容器3の内部には冷
却材28が満たされ、その中に炉心1が形成される。炉
心1の内部には、電極、水素、重水素補給口等が内蔵さ
れ、冷却材28は炉容器3内から炉心1に流入、流出す
る。冷却材28は、溶融したリチウムとナトリウム等合
金である。炉容器3と熱交換器(蒸気発生器)5は、1
次主配管44a、44bで接続され、1次主配管44b
には1次主循環ポンプ45が設けられる。また、1次主
配管44bにはリチウム精製・供給系46が接続され
る。
<Twelfth Embodiment> (Structure) FIG. 11 is a view for explaining the schematic structure of a twelfth embodiment of the present invention. The inside of the furnace vessel 3 is filled with a coolant 28, and the core 1 is formed therein. Electrodes, hydrogen, deuterium supply ports, etc. are built inside the core 1, and the coolant 28 flows into and out of the core 1 from the inside of the reactor vessel 3. The coolant 28 is an alloy such as molten lithium and sodium. The furnace vessel 3 and the heat exchanger (steam generator) 5 are 1
Connected by secondary main pipes 44a and 44b, and primary primary pipe 44b
Is provided with a primary main circulation pump 45. A lithium refining / supply system 46 is connected to the primary main pipe 44b.

【0087】一方、炉容器3及び熱交換器5の上部から
は、ベーパトラップ20、水素トラップ(水素ゲッタ
ー)21を介して真空ポンプ22が接続され、真空ポン
プ22の出口側はヘリウムタンク50に接続される。以
上述べた各機器3,5,19,20,21,22,44
a,44b,45,46,50は全て、格納容器51内
に設置される。
On the other hand, a vacuum pump 22 is connected from the upper part of the furnace container 3 and the heat exchanger 5 via a vapor trap 20 and a hydrogen trap (hydrogen getter) 21, and the outlet side of the vacuum pump 22 is connected to a helium tank 50. Connected. Each of the above-mentioned devices 3, 5, 19, 20, 21, 22, 44
All of a, 44b, 45, 46, and 50 are installed in the storage container 51.

【0088】図11は、核融合エネルギーを蒸気タービ
ンにより発電に用いる形態を示したものであり、格納容
器51外部に設置されるタービン発電機52、復水器5
3、復水ポンプ54、給水ポンプ55、脱気器56、給
水加熱器57a、57b等は、通常の蒸気原動所と同様
な構成となる。
FIG. 11 shows a form in which fusion energy is used for power generation by a steam turbine. A turbine generator 52 and a condenser 5 installed outside the containment vessel 51 are shown.
3, the condensate pump 54, the feed water pump 55, the deaerator 56, the feed water heaters 57a, 57b, and the like have the same configuration as a normal steam engine.

【0089】(作用)以上のように構成された第12実
施形態の作用について、以下に記載する。
(Operation) The operation of the twelfth embodiment configured as described above will be described below.

【0090】炉心1の内部では、冷却材28のリチウム
と注入された水素イオンによる核融合反応が生じ、冷却
材28の温度が上昇する。温度上昇した冷却材28は蒸
気発生器5に導かれ、蒸気を発生し、低温となって1次
主循環ポンプ45により加圧され炉容器3に戻る。蒸気
発生器5で発生した蒸気はタービン発電機52に導か
れ、発電に使用される。
Inside the reactor core 1, a nuclear fusion reaction occurs between the lithium of the coolant 28 and the injected hydrogen ions, and the temperature of the coolant 28 rises. The coolant 28 whose temperature has risen is guided to the steam generator 5, generates steam, becomes a low temperature, is pressurized by the primary main circulation pump 45, and returns to the furnace vessel 3. The steam generated by the steam generator 5 is guided to the turbine generator 52 and used for power generation.

【0091】核融合反応では、リチウムが消費され、ヘ
リウムが生成することとなるが、消費されたリチウムを
供給し、冷却材28の純度を管理するためにリチウム精
製・供給系56が設置され、ヘリウムはベーパトラップ
20でリチウム蒸気を取り除き、水素ゲッター21で水
素を取り除いた後にヘリウムタンク50に貯えられる。
In the nuclear fusion reaction, lithium is consumed and helium is produced. A lithium purification / supply system 56 is installed to supply the consumed lithium and control the purity of the coolant 28. Helium is stored in the helium tank 50 after removing lithium vapor by the vapor trap 20 and hydrogen by the hydrogen getter 21.

【0092】ここで、真空ポンプ22はヘリウムをヘリ
ウムタンク50に導く機能と、炉心1で水素イオンを加
速するために炉容器3内を真空に保つ2つの機能を有し
ている。
Here, the vacuum pump 22 has a function of guiding helium to the helium tank 50 and a function of keeping the inside of the furnace container 3 in vacuum in order to accelerate hydrogen ions in the core 1.

【0093】(効果)第12実施形態によると、冷却材
28が燃料を兼ねており、かつ、直接蒸気発生器5にお
いて水・蒸気と熱交換を行うため、従来例に比較して、
蒸気と冷却材(すなわち炉心)温度差を小さくすること
ができる。この結果、炉心温度を一定とすると蒸気温度
を従来例よりも高温とすることができ、プラント熱効率
の向上を図ることができる。
(Effect) According to the twelfth embodiment, the coolant 28 also serves as fuel, and heat is directly exchanged with water / steam in the steam generator 5.
It is possible to reduce the temperature difference between the steam and the coolant (that is, the core). As a result, if the core temperature is kept constant, the steam temperature can be made higher than in the conventional example, and the plant thermal efficiency can be improved.

【0094】また、液体合金は常圧下で高温まで液体
(ナトリウムの沸点で880℃、リチウムでは約160
0℃)のため、原子炉容器等を厚肉化する必要が無く、
物量が削減される。加えて、リチウムにナトリウムを加
えることにより、融点が179℃より10℃程度低下す
る。これにより、給水温度を過度に上昇させる等の対策
は不要となる。なお、ナトリウム以外でもリチウムの融
点を降下させるものとして亜鉛等もあり、これらの適用
も可能である。
The liquid alloy is a liquid under normal pressure up to a high temperature (sodium boiling point is 880 ° C., lithium is about 160 ° C.).
Since it is 0 ° C), there is no need to thicken the reactor vessel,
The quantity is reduced. In addition, the melting point is lowered from 179 ° C. by about 10 ° C. by adding sodium to lithium. This eliminates the need for measures such as excessively raising the water supply temperature. Other than sodium, zinc or the like can be used to lower the melting point of lithium, and these can be applied.

【0095】<第13実施形態> (構成、作用)図12は、本発明による第13実施形態
の概略構成を説明するための図である。第13実施形態
の構成及び作用は、第12実施形態と基本的に同様であ
るが、冷却材28の液体金属をリチウムのハロゲン化
物、炭酸化物等の溶融塩にしたことを特徴とするもので
ある。なお、41は燃料・ヘリウム分離機であり、ええ
50はヘリウムタンクである。
<Thirteenth Embodiment> (Structure, Function) FIG. 12 is a view for explaining the schematic structure of a thirteenth embodiment of the present invention. The structure and operation of the thirteenth embodiment are basically the same as those of the twelfth embodiment, but are characterized in that the liquid metal of the coolant 28 is a molten salt such as a halide of lithium or a carbonate. is there. Reference numeral 41 is a fuel / helium separator, and yes 50 is a helium tank.

【0096】溶融塩は、基本的にカチオン及びアニオン
を構成粒子とし、クーロン相互作用からなる強い結合力
を有するため、高温まで化学的に安定な液体であり、比
熱が大きく、蒸気圧が低い等の特徴を有する。この化学
的安定性から、例えば万一の漏えい時に液体金属リチウ
ムであった場合にはコンクリートとの反応の防止のため
にライナを敷設する、空気との反応防止等のため雰囲気
調整をする等の対策が大幅に軽減される。
The molten salt basically has cations and anions as its constituent particles and has a strong binding force due to Coulomb interaction. Therefore, the molten salt is a liquid that is chemically stable up to a high temperature, has a large specific heat and a low vapor pressure. It has the characteristics of. From this chemical stability, for example, if liquid metal lithium is used at the time of leakage, a liner is laid to prevent reaction with concrete, atmosphere is adjusted to prevent reaction with air, etc. Measures are greatly reduced.

【0097】なお、本発明の核融合反応ではリチウムが
燃料として消費され、ヘリウムに変換されるため、反応
に伴い、ヘリウムとともに溶融塩を形成していたハロゲ
ンガス、炭酸ガス等も遊離する。これらを図示しない真
空ポンプにより集め、ヘリウムタンク50内に貯蔵す
る、もしくは燃料・ヘリウム分離機41で分離して別タ
ンクに集める等の対応が必要となる。
In the nuclear fusion reaction of the present invention, lithium is consumed as a fuel and converted into helium, so that along with the reaction, halogen gas, carbon dioxide gas and the like which have formed a molten salt together with helium are liberated. These must be collected by a vacuum pump (not shown) and stored in the helium tank 50, or separated by the fuel / helium separator 41 and collected in another tank.

【0098】<第13実施形態> (構成、作用)第13実施形態の構成及び作用は、第1
2実施形態と基本的に同様であるが、冷却材28として
使用する溶融塩に、リチウムのみでなく例えばナトリウ
ム等の他の金属によるハロゲン化物、炭酸化物等も加
え、混合塩融体としたことを特徴とするものである。
<Thirteenth Embodiment> (Structure, Function) The structure and function of the thirteenth embodiment are as follows:
Although it is basically the same as the second embodiment, a mixed salt melt is prepared by adding not only lithium but also halides, carbonates, etc. of other metals such as sodium to the molten salt used as the coolant 28. It is characterized by.

【0099】溶融塩の融点は一般に高温であり、塩化リ
チウム(LiCl)の場合、約610℃となる。これに
対して、例えば、塩化リチウムに塩化ナトリウムを約5
9:41に混合させた混合塩融体では、融点が200℃
程度低下する。
The melting point of the molten salt is generally high, and is about 610 ° C. in the case of lithium chloride (LiCl). On the other hand, for example, about 5% sodium chloride is added to lithium chloride.
In the mixed salt melt mixed at 9:41, the melting point is 200 ° C.
To some extent.

【0100】(効果)以上述べた第13実施形態では、
溶融塩を冷却材として用いるため、このように混合塩融
体を用いることにより、昇温を抑えることができ、構造
・材料、システムへの制約を緩和することができる。
(Effect) In the thirteenth embodiment described above,
Since the molten salt is used as the coolant, the use of the mixed salt melt in this way can suppress the temperature rise and can alleviate the restrictions on the structure / material and the system.

【0101】<第14実施形態> (構成、作用)図13は本発明の第14実施形態の概略
構成を説明するための図である。図13において、核融
合反応装置は真空排気可能な反応容器67内の底面側
に、液体リチウムが注入されている。
<Fourteenth Embodiment> (Structure, Function) FIG. 13 is a view for explaining the schematic structure of a fourteenth embodiment of the present invention. In FIG. 13, in the nuclear fusion reactor, liquid lithium is injected into the bottom surface side inside a reaction container 67 that can be evacuated.

【0102】反応容器67は、有底円筒状であって、こ
の開口部に絶縁板63に配設されている。反応容器67
内には、円筒状の陰極62が配設され、陰極62の下端
部が反応容器67内の液体リチウム69に接触してい
る。これにより陰極62に液体リチウムがしみ込むよう
になっている。前記絶縁板63の中心位置に、円柱状の
陽極61が貫通し反応容器67内であって陰極62の中
心位置となるように配設されている。
The reaction vessel 67 has a cylindrical shape with a bottom, and is provided in the insulating plate 63 at this opening. Reaction vessel 67
A cylindrical cathode 62 is provided inside, and the lower end of the cathode 62 is in contact with the liquid lithium 69 in the reaction vessel 67. As a result, liquid lithium is soaked into the cathode 62. A cylindrical anode 61 penetrates through the center of the insulating plate 63 and is arranged in the reaction vessel 67 at the center of the cathode 62.

【0103】反応容器67の外周面には、熱電素子70
を介して低熱源71が配設され、熱電素子70は送電線
72に接続されている。反応容器67には、内部のHe
を回収できるようにHe回収装置66が設けられ、具体
的には絶縁板63にHe回収装置66に有する配管が貫
通するようになっている。更に、反応容器67には、内
部の液体リチウム69の計測純化を行うためのリチウム
計測純化系75が設けられている。
A thermoelectric element 70 is provided on the outer peripheral surface of the reaction vessel 67.
The low heat source 71 is disposed via the, and the thermoelectric element 70 is connected to the power transmission line 72. The reaction vessel 67 has an internal He
A He recovery device 66 is provided so as to recover, and specifically, a pipe included in the He recovery device 66 penetrates the insulating plate 63. Furthermore, the reaction container 67 is provided with a lithium measurement purification system 75 for measuring and purifying the liquid lithium 69 inside.

【0104】一方、熱電素子70の低温部を冷却除熱す
る2次系除熱ループが配管73、循環ポンプ75、冷却
器74により構成されている。
On the other hand, the secondary system heat removal loop for cooling and removing the low temperature part of the thermoelectric element 70 is constituted by the pipe 73, the circulation pump 75 and the cooler 74.

【0105】陰極62と陽極61の間に接続されたパル
ス電源装置64と、反応容器67の上部に設けた水素注
入装置65により供給された水素ガスによりパルス放電
を行えば、バッファ領域核融合反応が生じ、この時生じ
る熱エネルギーは熱電素子70により電気エネルギーに
変換されて送電線線72を介して負荷に供給される。こ
の時、リチウムの状態は、リチウム計測純化系75によ
りモニターされ安定な長時間運転を行える。また、核融
合反応の結果発生するヘリウム等は、He回収装置66
で系外に排除される。
If a pulse discharge is performed by the pulse power supply device 64 connected between the cathode 62 and the anode 61 and the hydrogen gas supplied by the hydrogen injection device 65 provided in the upper part of the reaction vessel 67, the buffer region fusion reaction Occurs, and the thermal energy generated at this time is converted into electrical energy by the thermoelectric element 70 and supplied to the load via the power transmission line 72. At this time, the state of lithium is monitored by the lithium measurement purification system 75, and stable long-term operation can be performed. In addition, the helium and the like generated as a result of the nuclear fusion reaction are collected by the He recovery device 66.
Is excluded from the system.

【0106】[0106]

【発明の効果】本発明によれば、次のような効果が得ら
れる核融合反応装置を提供することができる。
EFFECTS OF THE INVENTION According to the present invention, it is possible to provide a nuclear fusion reactor capable of obtaining the following effects.

【0107】(1)核融合原料物質である液体金属リチ
ウムを、同時に冷却材として用いた熱輸送システムを構
築でき、冷却材にヘリウムガス又は水を用いる方式に比
べて装置のコンパクト化が図れる核融合反応装置を提供
することができる。
(1) It is possible to construct a heat transport system using liquid metal lithium, which is a fusion raw material, as a coolant at the same time, and to make the apparatus compact as compared with the system using helium gas or water as a coolant. A fusion reactor can be provided.

【0108】(2)核融合反応で生じるHeを回収する
ことができるので、Heを資源として活用できる核融合
反応装置を提供することができる。また、Heを選択
的に回収することができるので、Heを資源として活
用することができる。
(2) Since He generated in the nuclear fusion reaction can be recovered, it is possible to provide a nuclear fusion reaction device that can utilize He as a resource. Further, since 3 He can be selectively recovered, 3 He can be utilized as a resource.

【0109】(3)発電熱効率の向上を図り、また、万
一の事故等に対する安全性の向上を図ることが可能とな
る核融合反応装置を提供することができる。
(3) It is possible to provide a nuclear fusion reactor capable of improving the thermal efficiency of power generation and the safety in case of an accident or the like.

【0110】(4)熱エネルギーを直接電気エネルギー
に変換できるため、極めて簡素な発電システムを実現で
き、経済性や信頼性に富んだ核融合反応装置を提供する
ことができる。
(4) Since heat energy can be directly converted into electric energy, an extremely simple power generation system can be realized, and a nuclear fusion reactor having high economy and reliability can be provided.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1実施形態に係る核融合反応装置の
概略構成を説明するための図。
FIG. 1 is a diagram for explaining a schematic configuration of a nuclear fusion reaction device according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2実施形態に係る核融合反応装置の
概略構成を説明するための図。
FIG. 2 is a diagram for explaining a schematic configuration of a nuclear fusion reaction device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明の第4実施形態に係る核融合反応装置の
概略構成を説明するための図。
FIG. 3 is a diagram for explaining a schematic configuration of a nuclear fusion reaction device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第5実施形態に係る核融合反応装置の
概略構成を説明するための図。
FIG. 4 is a diagram for explaining a schematic configuration of a nuclear fusion reaction device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第6実施形態に係る核融合反応装置の
概略構成を説明するための図。
FIG. 5 is a diagram for explaining a schematic configuration of a nuclear fusion reaction device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図6】本発明の第7実施形態に係る核融合反応装置の
概略構成を説明するための図。
FIG. 6 is a diagram for explaining a schematic configuration of a nuclear fusion reaction device according to a seventh embodiment of the present invention.

【図7】本発明の第8実施形態に係る核融合反応装置の
概略構成を説明するための図。
FIG. 7 is a diagram for explaining a schematic configuration of a nuclear fusion reaction device according to an eighth embodiment of the present invention.

【図8】本発明の第9実施形態に係る核融合反応装置の
概略構成を説明するための図。
FIG. 8 is a diagram for explaining a schematic configuration of a nuclear fusion reaction device according to a ninth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第10実施形態に係る核融合反応装置
の概略構成を説明するための図。
FIG. 9 is a diagram for explaining a schematic configuration of a nuclear fusion reaction device according to a tenth embodiment of the present invention.

【図10】本発明の第11実施形態に係る核融合反応装
置の概略構成を説明するための図。
FIG. 10 is a diagram for explaining a schematic configuration of a nuclear fusion reaction device according to an eleventh embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第12実施形態に係る核融合反応装
置の概略構成を説明するための図。
FIG. 11 is a diagram for explaining a schematic configuration of a nuclear fusion reaction device according to a twelfth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第13実施形態に係る核融合反応装
置の概略構成を説明するための図。
FIG. 12 is a view for explaining a schematic configuration of a nuclear fusion reaction device according to a thirteenth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第14実施形態に係る核融合反応装
置の概略構成を説明するための図。
FIG. 13 is a view for explaining a schematic configuration of a nuclear fusion reaction device according to a fourteenth embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…炉心 2…液体金属リチウム 3…炉容器 4…循環ポンプ 5…熱交換器(蒸気発生器) 6…伝熱管 7…タービン 8…水/蒸気系 10…液体金属供給設備 11,12…自由液面 15…蒸気発生器 16…中間熱交換器 16…蒸気発生器 18…中間冷却系統 19…ベーパトラップ 20…ベーパトラップ 21…水素トラップ(水素ゲッター) 22…真空ポンプ 23…ヘリウムガス回収装置 24…分離装置 25…カバーガス空間 26…カバーガス空間 27…HeとHeの分離装置 28…冷却材 29…He回収装置 30…He回収装置 33…回収ライン 44a、44b…1次主配管 45…1次主循環ポンプ 46…リチウム精製・供給系 50…ヘリウムタンク 51…格納容器 52…タービン発電機 53…復水器 54…復水ポンプ 55…給水ポンプ 56…リチウム精製・供給系 57a、57b…給水加熱器 61…陽極 62…陰極 63…絶縁板 64…パルス電源装置 65…水素注入装置 66…回収装置 67…反応容器 69…液体リチウム 70…熱電素子 71…低熱源 72…送電線 72…送電線線 73…配管 74…冷却器 75…リチウム計測純化系 75…循環ポンプ 101…配管 103…高温部 104…低温部 105…熱電素子 106…配管 107…循環ポンプ 108…放熱装置 109…ケーブル 01…核融合反応装置 02…陰極 03…陽極 04…溶融リチウム 05…溶融リチウム供給口 06…溶融リチウム排出口 07…重水素ガス供給口 08…重水素ガス排気口 09…絶縁体 010…電源 011…膜 012…He透過膜 013…He回収ライン 021…気液分離器 031…機構 032…回収ライン 041…機構 042…回収ライン1 ... Core 2 ... Liquid metal lithium 3 ... Furnace container 4 ... Circulation pump 5 ... Heat exchanger (steam generator) 6 ... Heat transfer tube 7 ... Turbine 8 ... Water / steam system 10 ... Liquid metal supply equipment 11, 12 ... Free Liquid level 15 ... Steam generator 16 ... Intermediate heat exchanger 16 ... Steam generator 18 ... Intermediate cooling system 19 ... Vapor trap 20 ... Vapor trap 21 ... Hydrogen trap (hydrogen getter) 22 ... Vacuum pump 23 ... Helium gas recovery device 24 ... Separator 25 ... Cover gas space 26 ... Cover gas space 27 ... Separator 28 for 4 He and 3 He ... Coolant 29 ... 4 He recovery device 30 ... 3 He recovery device 33 ... Recovery lines 44a, 44b ... Primary main Piping 45 ... Primary main circulation pump 46 ... Lithium refining / supply system 50 ... Helium tank 51 ... Containment vessel 52 ... Turbine generator 53 ... Condenser 54 ... Condensate pump 55 ... Water supply port 56. Lithium refining / supply system 57a, 57b ... Water heater 61 ... Anode 62 ... Cathode 63 ... Insulation plate 64 ... Pulse power supply device 65 ... Hydrogen injection device 66 ... Recovery device 67 ... Reaction vessel 69 ... Liquid lithium 70 ... Thermoelectric Element 71 ... Low heat source 72 ... Transmission line 72 ... Transmission line 73 ... Piping 74 ... Cooler 75 ... Lithium measurement purification system 75 ... Circulation pump 101 ... Piping 103 ... High temperature part 104 ... Low temperature part 105 ... Thermoelectric element 106 ... Piping 107 Circulation pump 108 Radiator 109 Cable 01 Fusion reactor 02 Cathode 03 Anode 04 Molten lithium 05 Molten lithium supply port 06 Molten lithium discharge port 07 Deuterium gas supply port 08 Deuterium gas Exhaust port 09 ... Insulator 010 ... Power supply 011 ... Membrane 012 ... He permeable membrane 013 ... He recovery line 021 ... Gas-liquid separator 031 ... Mechanism 032 ... Osamu line 041 ... mechanism 042 ... recovery line

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 正明 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 渡辺 郁夫 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 清水 博 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 丸山 茂樹 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Masaaki Inoue             8th Shinsugita Town, Isogo Ward, Yokohama City, Kanagawa Prefecture             Ceremony company Toshiba Yokohama office (72) Inventor Ikuo Watanabe             8th Shinsugita Town, Isogo Ward, Yokohama City, Kanagawa Prefecture             Ceremony company Toshiba Yokohama office (72) Inventor Hiroshi Shimizu             8th Shinsugita Town, Isogo Ward, Yokohama City, Kanagawa Prefecture             Ceremony company Toshiba Yokohama office (72) Inventor Shigeki Maruyama             8th Shinsugita Town, Isogo Ward, Yokohama City, Kanagawa Prefecture             Ceremony company Toshiba Yokohama office

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 液体状のリチウム、ボロン等の核融合原
料物質、又は核融合反応の触媒作用を持つ金属との合金
等の表面に水素イオンビームを照射することにより非熱
核融合反応を誘発し、その際に熱エネルギーを発生する
核融合反応炉と、 前記核融合反応炉で発生する熱エネルギーを熱変換して
熱利用手段に供給する熱変換手段と、 前記核融合反応炉内の液体状のリチウムを前記熱変換手
段に循環させる循環路を含む循環手段と、 を具備したことを特徴とする核融合反応装置。
1. A non-thermal nuclear fusion reaction is induced by irradiating a hydrogen ion beam on the surface of a liquid material for nuclear fusion such as lithium or boron, or an alloy with a metal having a catalytic action for a nuclear fusion reaction. Then, at that time, a fusion reactor that generates heat energy, a heat conversion unit that heat-converts the heat energy generated in the fusion reaction reactor and supplies the heat utilization unit, and a liquid in the fusion reaction reactor. And a circulation means including a circulation path for circulating lithium in the form of heat into the heat conversion means.
【請求項2】 前記循環手段の循環路に液体状のリチウ
ムを追加供給できる設備を更に備えたことを特徴とする
請求項1に記載の核融合反応装置。
2. The nuclear fusion reactor according to claim 1, further comprising a facility capable of additionally supplying liquid lithium to the circulation path of the circulation means.
【請求項3】 前記非熱核融合反応による発生熱の冷却
は、炉心を直接冷却する液体状のリチウムを冷却材とし
た系統と、前記熱利用手段としてのタービンを回転させ
るための水/蒸気系統からなり、液体金属リチウムと水
/蒸気間の熱変換手段は、熱交換器によるものであるこ
とを特徴とする請求項1,2のいずれか一つに記載の核
融合反応装置。
3. The cooling of the heat generated by the non-thermonuclear fusion reaction is a system using liquid lithium as a coolant for directly cooling the core, and water / steam for rotating a turbine as the heat utilization means. The nuclear fusion reactor according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the heat conversion means between the liquid metal lithium and water / steam comprises a heat exchanger.
【請求項4】 前記液体状のリチウム系統と水/蒸気系
統の間に、もう1つの独立した熱輸送媒体とする系統を
設けたことを特徴とする請求項3に記載の核融合反応装
置。
4. The fusion reactor according to claim 3, wherein another independent heat transfer medium system is provided between the liquid lithium system and the water / steam system.
【請求項5】 前記核融合反応炉は炉心と、炉心を内蔵
する炉容器とからなり、該炉容器と該炉心とのガス空間
には、圧力制御用のガス排気ラインが設置され、当該ガ
ス排気ラインには、液体状のリチウムの蒸気を凝縮する
ベーパトラップ、水素および水素化リチウム捕獲装置を
有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに
記載の核融合反応装置。
5. The fusion reactor comprises a reactor core and a reactor vessel containing the reactor core, and a gas exhaust line for pressure control is installed in a gas space between the reactor vessel and the reactor core. The nuclear fusion reactor according to any one of claims 1 to 4, wherein the exhaust line has a vapor trap for condensing liquid lithium vapor and a device for capturing hydrogen and lithium hydride.
【請求項6】 前記ガス排気ラインの下流側に、ヘリウ
ムガス回収装置を設置したことを特徴とする請求項5に
記載の核融合反応装置。
6. The fusion reactor according to claim 5, wherein a helium gas recovery device is installed on the downstream side of the gas exhaust line.
【請求項7】 前記ガス排気ラインは、前記熱交換器等
の自由液面を有する機器のガス空間にも接続され、当該
機器のガスの排気も行えることを特徴とする請求項5,
6のいずれか一つに記載の核融合反応装置。
7. The gas exhaust line is also connected to a gas space of a device having a free liquid surface such as the heat exchanger, so that the gas of the device can be exhausted.
6. The nuclear fusion reactor according to any one of 6.
【請求項8】 液体状のリチウム系統には、液体状のリ
チウムの精製装置を設けたことを特徴とする請求項1〜
7のいずれか一つに記載の核融合反応装置。
8. The liquid lithium system is provided with a liquid lithium refining device.
7. The nuclear fusion reactor according to any one of 7.
【請求項9】 液体状のリチウム、ボロン等の核融合原
料物質、又は核融合反応の触媒作用を持つ金属との合金
等の表面に水素イオンビームを照射することにより非熱
核融合反応を誘発し、その際に発生する熱エネルギーを
熱利用手段に供給する核融合反応炉と、 前記核融合反応炉内で非熱核融合反応によって生成され
る核融合反応生成物のHeを選択的に分離し、該分離さ
れたHeを抽出可能なHe抽出手段と、 を具備したことを特徴とする核融合反応装置。
9. A non-thermal nuclear fusion reaction is induced by irradiating the surface of a fusion raw material such as liquid lithium or boron or an alloy with a metal having a catalytic action for a nuclear fusion reaction with a hydrogen ion beam. Then, a fusion reactor for supplying the heat energy generated at that time to the heat utilization means, and He, which is a fusion reaction product produced by a non-thermal fusion reaction in the fusion reactor, are selectively separated. And a He extraction means capable of extracting the separated He, and a nuclear fusion reactor.
【請求項10】 前記He抽出手段のHeを選択的に分
離する手段は、He透過膜、気液分離器のいずれかであ
ることを特徴とする請求項9に記載の核融合反応装置。
10. The nuclear fusion reactor according to claim 9, wherein the means for selectively separating He of the He extraction means is either a He permeable membrane or a gas-liquid separator.
【請求項11】 前記Heの同位体であるHeと
eを個別に選択的に分離する機構を、更に備えたことを
特徴とする請求項9に記載の核融合反応装置。
11. The isotopes of He, 3 He and 4 H.
The nuclear fusion reactor according to claim 9, further comprising a mechanism for selectively separating e individually.
【請求項12】 前記水素イオンビーム発生に使われる
水素Hと反応生成物であるHeを分離する機構を、更に
備えたことを特徴とする請求項9に記載の核融合反応装
置。
12. The fusion reactor according to claim 9, further comprising a mechanism for separating hydrogen H used for the generation of the hydrogen ion beam and He as a reaction product.
【請求項13】前記HeとHeを個別に選択的に分
離する機構としてノズル分離器を使用するか、または水
素HとヘリウムHeを選択的に分離する機構としてノズ
ル分離器を使用することを特徴とする請求項11または
請求項12記載の核融合反応装置。
13. A nozzle separator is used as a mechanism for selectively separating 3 He and 4 He individually, or a nozzle separator is used as a mechanism for selectively separating hydrogen H and helium He. 13. The nuclear fusion reaction device according to claim 11 or 12.
【請求項14】 前記核融合原料物質であって液体状の
金属に、融点を降下させる効果を有する金属を添加した
ことを特徴とする請求項1〜13のいずれか一つに記載
の核融合反応装置。
14. The nuclear fusion according to claim 1, wherein a metal having a melting point lowering effect is added to a liquid metal which is the nuclear fusion raw material. Reactor.
【請求項15】 前記核融合原料物質であって液体状の
金属に換えて、リチウム、ボロン等の各融合原料物質か
ら形成される溶融塩を使用したことを特徴とする請求項
1〜13のいずれか一つに記載の核融合反応装置。
15. The molten salt formed from each fusion raw material such as lithium or boron is used in place of the liquid metal as the fusion raw material. The nuclear fusion reactor according to any one of claims.
【請求項16】 前記核融合原料物質以外の物質による
溶融塩を添加し、融点を降下させたことを特徴とする請
求項15に記載の核融合反応装置。
16. The nuclear fusion reactor according to claim 15, wherein a melting salt made of a substance other than the nuclear fusion raw material is added to lower the melting point.
【請求項17】 核融合反応によって発生する熱を冷却
材により取出し循環するポンプ及び配管よりなる高熱源
ループと、配管、循環ポンプ及び冷却器よりなる低熱原
ループと、当該高温熱源と低温熱源の間に熱電物質をは
さみ外部負荷に接続して電力を取り出す熱電変換器より
構成される熱電発電システムを有することを特徴とする
核融合反応装置。
17. A high heat source loop composed of a pump and piping for extracting and circulating heat generated by a fusion reaction by a coolant, a low heat source loop composed of piping, a circulation pump and a cooler, and a high temperature heat source and a low temperature heat source. A fusion reactor comprising a thermoelectric power generation system composed of a thermoelectric converter for sandwiching a thermoelectric substance and connecting it to an external load to extract electric power.
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