JP2013137217A - 核融合炉ダイバータ曲率部加工方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 貫通孔に筒型の緩衝材を固定した複数の受熱タイル11を、緩衝材にロウ材シートを介して冷却管を嵌入して形成したアーマ組立体中間製造体10を、3枚以上の金属板を互いに摺動するように重ねて形成した当て板31,33を介して1対の曲げジグ21,23の間に配置し、曲げジグを押し付けることによりアーマ組立体中間製造体10を所定の曲率まで曲げ加工し、その後加熱して受熱タイルと冷却管をロウ付けして、アーマ組立体20を形成する。
【選択図】 図1
Description
スパッタリングなどにより受熱タイルの表面から粒子が飛散してプラズマに混入するとプラズマ温度の低下や閉じ込め性能の低下を招くため、受熱タイルはプラズマへの悪影響が小さい材料で形成される。
受熱タイルと銅合金製の冷却配管の間には膨張率の差を吸収するため銅材製の緩衝材を介装し、相互間を、主としてCu−Mg系やTi−Cu系の熱伝導のよい接合材を用いたロウ付け接合などを用いて強固に接合する。
ITERにおけるダイバータは、受熱タイル、冷却管、ヒートシンク、支持板が組み合わされた接合体となっている。受熱タイルは損耗するので、ダイバータを適当な大きさに分割したダイバータカセットを、円環状のトカマク真空容器の底に配置してダイバータ部を形成する。
ダイバータカセットは、メンテナンスを容易にするため、カセットボディに、垂直ターゲット、ドームなどの高熱負荷受熱機器を取り付けて、必要に応じて交換できるようにしたものである。
垂直ターゲット下部においては、入射する熱負荷が高いため、プラズマに混入したときに影響が小さい低原子番号材料を主成分とし、高い熱伝導率を有する炭素繊維複合材(CFC材)を受熱タイルとしたCFCアーマ部が形成される。CFC材は、スパッタリング損耗率が金属材料に比べて高く、トリチウムリテンションが大きいが、運転初期のディスラプションにも、溶融・流出による大きな減肉が発生しないため、アーマ材として適している。
垂直ターゲット下部は、ほぼ平らな平面にするが、垂直ターゲット上部は、トカマク内の磁力線に対応して、曲面にしている。
ダイバータカセットのアーマ部は、冷却管に沿って受熱タイルを密に並べて冷却管を貫通した形をしたアーマ組立体を所定数だけ、背板の支持板上に平行に密に並べて、適当な間隔の受熱タイルに設けた支持脚により背板に固定することにより形成される。
ただ、炭素材と銅合金は接合性が悪いので、プラズマからの受熱を効率よく冷却管に伝えるため、CFCアーマ部の受熱タイルを冷却管に冶金的に接合するようにすることが好ましい。なお、垂直ターゲット上部の受熱タイルは金属製なので、緩衝材との間の接着性に大きな障害はない。
文献に開示された高熱負荷機器製造方法は、炭素材の表面にチタンカーバイドでなるチタン薄膜層を形成し、チタン薄膜層と銅合金材とを、無酸素銅などで形成した緩衝材を介して対向するように配置し、炭素材と緩衝材の間および緩衝材と銅合金材の間に銅を含む薄膜状のロウ材を介挿して組み上げた組立体を、真空ロウ付けし、時効処理して、冶金的接合により高熱負荷機器を製造するものである。
垂直ターゲットは、垂直ターゲット下部と垂直ターゲット上部を1本の冷却管で貫いてCFCとタングステンそれぞれのモノブロックを積み重ねて連続体として形成されたアーマ組立体を並列に並べて固定することにより構成される。
アーマ組立体中間製造体は、タングステン受熱タイルで構成された垂直ターゲット上部の部分を繰り返し少しずつ曲げ加工して、所定の曲率を持つように形成した後に、全体を加熱して受熱タイルと冷却管をロウ付けすることにより、アーマ組立体を形成する。
また、曲げジグはジャッキやプレス機で駆動することができる。
ダイバータ部におけるアーマ組立体は、たとえばITERでは1300本程度予定されているが、本発明の方法により同一形状の製品を大量に能率良く供給することができる。
本実施例の方法は、図1に示すように、アーマ組立体中間製造体10を3枚以上の金属板を互いに摺動するように重ねて形成した当て板31,33を介して1対の曲げジグ21,23の間に配置して、図2に示すように、曲げジグ21,23を押し付けて曲面加工するところに特徴を有する。
段階的に曲げ量を増加させる場合は、仕上げに使う曲げジグ21,23の凹面と凸面が、アーマ組立体中間製造体10に必要な曲率を有するように形成されている。
曲げジグ21と受熱タイル11の間に当て板31が介在するため、受熱タイル11の表面が曲げジグ21の端部の突起などで傷つくことが無い。
また、曲げジグ21と23の間にアーマ組立体中間製造体10を挟んで押圧するときには、受熱タイル11の表面の中央位置から当て板31に接し始めて、最後に受熱タイル11の表面全体が当て板31に押し付けられる。
所定以上の押圧力が掛かると受熱タイル11の位置が当て板31の表面により固定されて、隣接する受熱タイル11同士の間隔が開ききらない状態で固定される。
図5は、アーマ組立体のうち、高Z金属のタングステン受熱タイルを用いた垂直ターゲット上部の曲率部を形成する製造工程について例示して説明したものである。なお、垂直ターゲット上部の受熱タイルは金属製なので緩衝材との間の接着性に大きな障害はなく、アーマ組立体中間製造体を準備する工程はCFCアーマ部より単純化することができる。
取付溝43や取付穴45は、受熱タイル11に固定する前の支持脚用ブロック14に予め加工しておいても良い。
ロウ材シート19は、ニッケル、銅、マンガンを含んでなるもので、50μm程度の厚さのシートから冷却管貫通孔41の長さに合わせた幅で切り出して使用する。
なお、曲げ加工する前に、アーマ組立体中間製造体10の受熱タイル11と冷却管15をロウ付けにより固定しておいても良い。
アーマ組立体20は、特許文献1の方法で形成される直線部のCFCアーマ部と、図5の方法で形成される曲率を有するタングステンアーマ部が、1本の冷却管で直列に連なった形態を持つ。
所定数のアーマ組立体20を並列に並べて背板に固定することにより、図7に示したような垂直ターゲットが形成される。
また、CFCアーマ部も曲率を有する場合は、本実施例のダイバータ曲率部加工方法を利用して曲げ加工することができる。さらに、ドームにおける曲率部の加工に利用することもできる。
11 受熱タイル
12 受熱タイル用モノブロック
13 支持脚
14 支持脚用ブロック
15 冷却管
17 緩衝材
18 緩衝材
19 ロウ材シート
20 アーマ組立体
21,23 曲げジグ
25 ジグ把持台
27 ステム
31,33 当て板
41 冷却管貫通孔
43 取付溝
45 取付穴
Claims (3)
- 貫通孔に筒型の緩衝材を固定した複数の受熱タイルを準備し、該緩衝材にロウ材シートを介して冷却管を嵌入して形成したアーマ組立体中間製造体を、3枚以上の金属板を互いに摺動するように重ねて形成した当て板を介して1対の曲げジグの間に配置し、該曲げジグを押し付けることにより前記アーマ組立体中間製造体を所定の曲率まで曲げ加工し、その後加熱することにより受熱タイルと冷却管をロウ付けして、ダイバータの垂直ターゲット表面に配するアーマ組立体を形成する核融合炉ダイバータ曲率部加工方法。
- 前記受熱タイルがタングステン材料からなり、前記冷却管がCuCrZr(銅合金)で形成されることを特徴とする請求項1記載の核融合炉ダイバータ曲率部加工方法。
- 前記曲げジグはジャッキまたはプレス機により駆動されることを特徴とする請求項1または2記載の核融合炉ダイバータ曲率部加工方法。
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