JP2014529744A - 高効率コンパクト核融合炉 - Google Patents
高効率コンパクト核融合炉 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014529744A JP2014529744A JP2014527731A JP2014527731A JP2014529744A JP 2014529744 A JP2014529744 A JP 2014529744A JP 2014527731 A JP2014527731 A JP 2014527731A JP 2014527731 A JP2014527731 A JP 2014527731A JP 2014529744 A JP2014529744 A JP 2014529744A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plasma
- fusion
- neutron
- fusion reactor
- reactor according
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000004927 fusion Effects 0.000 title claims abstract description 174
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 claims abstract description 17
- 230000001976 improved effect Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 53
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 40
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 33
- 229910052722 tritium Inorganic materials 0.000 claims description 29
- YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N Tritium Chemical group [3H] YZCKVEUIGOORGS-NJFSPNSNSA-N 0.000 claims description 26
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 22
- 229910052790 beryllium Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 20
- ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N beryllium atom Chemical compound [Be] ATBAMAFKBVZNFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 19
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 15
- 230000004992 fission Effects 0.000 claims description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 12
- 229910052805 deuterium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 10
- 239000002887 superconductor Substances 0.000 claims description 10
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 9
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 8
- YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N Deuterium Chemical compound [2H] YZCKVEUIGOORGS-OUBTZVSYSA-N 0.000 claims description 5
- 230000004913 activation Effects 0.000 claims description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 5
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 5
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- -1 tritium ions Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 claims description 3
- 238000001427 incoherent neutron scattering Methods 0.000 claims description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 2
- 238000002560 therapeutic procedure Methods 0.000 claims 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims 2
- 238000002059 diagnostic imaging Methods 0.000 claims 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 claims 2
- 238000013160 medical therapy Methods 0.000 claims 2
- 238000003947 neutron activation analysis Methods 0.000 claims 2
- 230000035755 proliferation Effects 0.000 claims 2
- 238000004154 testing of material Methods 0.000 claims 2
- 238000003325 tomography Methods 0.000 claims 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 claims 1
- 125000004431 deuterium atom Chemical group 0.000 claims 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 19
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 14
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 12
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 10
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 10
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 9
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 9
- 238000011160 research Methods 0.000 description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 7
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 5
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 5
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 5
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N Heavy water Chemical compound [2H]O[2H] XLYOFNOQVPJJNP-ZSJDYOACSA-N 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 4
- 238000010885 neutral beam injection Methods 0.000 description 4
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 3
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 229910000856 hastalloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 3
- PPEKGEBBBBNZKS-HGRQIUPRSA-N neosaxitoxin Chemical compound N=C1N(O)[C@@H](COC(=O)N)[C@@H]2NC(=N)N[C@@]22C(O)(O)CCN21 PPEKGEBBBBNZKS-HGRQIUPRSA-N 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 3
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 229910021521 yttrium barium copper oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 2
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 2
- ZSLUVFAKFWKJRC-IGMARMGPSA-N 232Th Chemical compound [232Th] ZSLUVFAKFWKJRC-IGMARMGPSA-N 0.000 description 1
- 102000016550 Complement Factor H Human genes 0.000 description 1
- 108010053085 Complement Factor H Proteins 0.000 description 1
- 241001649081 Dina Species 0.000 description 1
- 102100030386 Granzyme A Human genes 0.000 description 1
- 101001009599 Homo sapiens Granzyme A Proteins 0.000 description 1
- 101001109518 Homo sapiens N-acetylneuraminate lyase Proteins 0.000 description 1
- 102100022686 N-acetylneuraminate lyase Human genes 0.000 description 1
- 206010028980 Neoplasm Diseases 0.000 description 1
- 101710205482 Nuclear factor 1 A-type Proteins 0.000 description 1
- 101710170464 Nuclear factor 1 B-type Proteins 0.000 description 1
- 102100022162 Nuclear factor 1 C-type Human genes 0.000 description 1
- 101710113455 Nuclear factor 1 C-type Proteins 0.000 description 1
- 101710140810 Nuclear factor 1 X-type Proteins 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052776 Thorium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 238000009395 breeding Methods 0.000 description 1
- 230000001488 breeding effect Effects 0.000 description 1
- 201000011510 cancer Diseases 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
- 239000013311 covalent triazine framework Substances 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000007735 ion beam assisted deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010584 magnetic trap Methods 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 230000008450 motivation Effects 0.000 description 1
- 239000003758 nuclear fuel Substances 0.000 description 1
- NRNCYVBFPDDJNE-UHFFFAOYSA-N pemoline Chemical compound O1C(N)=NC(=O)C1C1=CC=CC=C1 NRNCYVBFPDDJNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000021715 photosynthesis, light harvesting Effects 0.000 description 1
- 230000036314 physical performance Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 238000011867 re-evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000000452 restraining effect Effects 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 238000004335 scaling law Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000008093 supporting effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
- G21B—FUSION REACTORS
- G21B1/00—Thermonuclear fusion reactors
- G21B1/05—Thermonuclear fusion reactors with magnetic or electric plasma confinement
- G21B1/057—Tokamaks
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F6/00—Superconducting magnets; Superconducting coils
- H01F6/06—Coils, e.g. winding, insulating, terminating or casing arrangements therefor
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/02—Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma
- H05H1/10—Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma using externally-applied magnetic fields only, e.g. Q-machines, Yin-Yang, base-ball
- H05H1/12—Arrangements for confining plasma by electric or magnetic fields; Arrangements for heating plasma using externally-applied magnetic fields only, e.g. Q-machines, Yin-Yang, base-ball wherein the containment vessel forms a closed or nearly closed loop
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- High Energy & Nuclear Physics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
Description
・従来型中心ソレノイドなしでのプラズマ電流の立ち上げ、
・要求される値までのプラズマ電流のランプアップ、
・低パワー入力による長時間のプラズマ電流の維持、
・低パワー入力で中性子を生成するためのプラズマの加熱、
・プラズマからダイバータ領域への熱負荷が許容可能であることの保証、
・中性子損傷から自身を保護する一方、エネルギー生成目的又は科学的な及び他のアプリケーション目的で中性子のフルエンスを生成することができる構造の設計である。
(a)銅又は超伝導磁石を有し、かつ、アスペクト比A=3から4(A=R/a(小半径aに対するトーラスの大半径Rの比))であるトカマク、
(b)超伝導磁石を有し、かつ、A=2であるトカマク、
(c)銅磁石を有し、かつ、A=1.5から1.8であるコンパクト球状トカマク、
(d)LTS磁石を有し、かつ、A=1.5から1.8であるコンパクト球状トカマク、
(e)HTS磁石を有し、かつ、A=1.5から1.8であるコンパクト球状トカマク、
(f)ベリリウム又はアルミニウムとHTS磁石との組み合わせを有し、かつ、A=1.5から1.8であるコンパクト球状トカマクである。
Claims (50)
- コンパクト核融合炉であって、
トロイダルプラズマチャンバと、
前記プラズマチャンバ内にプラズマを閉じ込める磁場を生成するべく配列されたプラズマ閉じ込めシステムと
を含み、
前記プラズマ閉じ込めシステムは、閉じ込められたプラズマの大半径が1.5m以下となるように構成され、
前記プラズマ閉じ込めシステムは、好ましくは使用時に77Kまで、より好ましくは30K以下まで、より好ましくは4K以下まで冷却される高温超伝導体を含む材料から作られたトロイダル磁場の磁石を含み、
前記磁場は使用中、3T以上、好ましくは5T以上、好ましくは10T以上、より好ましくは15T以上のトロイダル成分を含む核融合炉。 - 前記閉じ込められたプラズマの大半径は1.0m未満、より好ましくは0.5m未満である、請求項1に記載の核融合炉。
- 前記炉は球状トカマク炉である、請求項1又は2に記載の核融合炉。
- 一以上の中性ビームを前記プラズマの中に向けることによって中性子及びエネルギーの生成を向上させるべく配列される、請求項1から3のいずれか一項に記載の核融合炉。
- 前記中性ビームは、200keV未満、好ましくは130keV未満、より好ましくは80keV未満、より好ましくは40keV未満のエネルギーを有する、請求項4に記載の核融合炉。
- 前記中性ビームはトリチウム原子を含む、請求項5に記載の核融合炉。
- 前記プラズマはトリチウムイオンを含む、請求項5又は6に記載の核融合炉。
- 前記中性ビームはジュウテリウム原子を含むがトリチウム原子を含まず、かつ、前記プラズマはジュウテリウムイオンを含むがトリチウムイオンを含まない、請求項5に記載の核融合炉。
- 前記中性ビームは、前記ビームの中の複数粒子間の核融合反応を最適化するべく選択される異なる方向から前記プラズマ内に向けられる、請求項1から8のいずれか一項に記載の核融合炉。
- 前記プラズマへのパワー投入が、100MW未満、好ましくは10MW未満、より好ましくは6MW未満、より好ましくは3MW未満、より好ましくは1MW未満であるように構成される、請求項1から9のいずれか一項に記載の核融合炉。
- 核融合エネルギーの利得因子Qeng>1、より好ましくはQeng>3、より好ましくはQeng>10、より好ましくはQeng>15、より好ましくはQeng>20で動作するべく配列され、かつ、高効率中性子源又はエネルギー源のいずれかとして動作される、請求項1から10のいずれか一項に記載の核融合炉。
- 前記プラズマは、10秒を超えて、好ましくは100秒を超えて、より好ましくは1000秒を超えて、より好ましくは10000秒を超えて定常状態に維持され得る、請求項1から11のいずれか一項に記載の核融合炉。
- 前記プラズマ電流は誘導なしで駆動される、請求項12に記載の核融合炉。
- 前記プラズマを
マージング圧縮と、
振動電流がプラズマリングを生成して前記プラズマ電流を増大させる磁気ポンピングと、
前記トロイダルチャンバの中心コアに配置された一以上のソレノイド(引き込み可能であり得る)のアクティベーションと、
ジャイロトロン又は他のRF源によるRF電流立ち上げと
の一以上の動作を使用して立ち上げるべく配列される、請求項13に記載の核融合炉。 - 前記プラズマ電流を
一以上のソレノイド(引き込み可能であり得る)のアクティベーションと、
RF電流駆動と、
前記プラズマをその成長に合わせて包含するのに必要なポロイダル磁場の急増によって前記プラズマ電流を所望動作値までランプアップさせるのにほぼ十分な磁束が投入されるようなプラズマ加熱と
の一以上を使用してランプアップさせるべく配列される、請求項14に記載の核融合炉。 - 前記一以上の引き込み可能ソレノイドは、一以上の予め冷却された高温超伝導ソレノイドを含む、請求項14又は15に記載の核融合炉。
- 少なくとも1MW、より好ましくは少なくとも10MW、より好ましくは少なくとも100MWの中性子の出力を供給するべく配列される、請求項1から16のいずれか一項に記載の核融合炉。
- クライオスタットのケーシング及び/又は前記トロイダル磁場の磁石が作られる材料が、少なくとも一部の構造完全性を与えるべく構成される、請求項1から17のいずれか一項に記載の核融合炉。
- 中性子からの損傷を低減又はなくすべく前記中心柱まわりに遮蔽体が設けられる、請求項1から18のいずれか一項に記載の核融合炉。
- 前記トロイダル磁場の磁石が作られる材料は、例えば約1ミクロンを超える、好ましくは2ミクロンを超える厚さを有するHTS層を前記材料内で使用することによって、中性子損傷に対する向上された耐性を与えるべく構成される、請求項1から19のいずれか一項に記載の核融合炉。
- 前記トロイダル磁場の磁石が作られる材料は、中性子遮蔽のための大きな空間を許容するべく、HTS製材料内での約90ミクロン未満の組み合わされた厚さを有する非HTS層又は約1ミクロンを超える厚さを有するHTS層をオプションとして含むことにより、増加された電流密度を与えるべく構成される、請求項1から20のいずれか一項に記載の核融合炉。
- 前記中性子束とは無関係に受容可能なレベルの構造完全性及び伝導性を維持するべく、ベリリウム、アルミニウム又は他の非HTS材料から形成された中心柱を含む、請求項1から21のいずれか一項に記載の核融合炉。
- 中心柱の内側部分がHTSから作られ、かつ、外側部分が、中性子から前記HTSへの損傷に対する遮蔽を与えるベリリウム、アルミニウム又は他の非HTS材料から作られる、請求項1から21に記載の核融合炉。
- 前記ベリリウム、アルミニウム又は他の非HTS材料は、その抵抗を低減するべく極低温に冷却され、かつ、オプションとして前記中心柱から離れた前記トロイダル磁場の磁石の残りの部分を形成するHTS材料に接合され、
前記HTS材料は、オプションとして中性子損傷に対する向上された耐性及び/又は向上された電流密度を与えるべく構成される、請求項22又は23に記載の核融合炉。 - 高温超伝導体材料を含むポロイダル磁場コイルを有する、請求項1から24のいずれか一項に記載の核融合炉。
- 出力された前記中性子は、
電気エネルギーの生成と、
医学及び他の使用のための同位体形成と、
水素生成と、
熱生成と、
核廃棄物処理と、
リチウムの中性子ボンバードメントによるトリチウム製造と、
核分裂燃料の増殖と、
核融合・核分裂混成において未臨界核分裂又は燃料親物質ブランケットを駆動することと、
中性子分光法及び/又は中性子撮像(断層撮影)及び/又は中性子アクティベーション分析を含む材料分析と、
中性子照射による材料処理と、
秘密材料の検知と、
医学的撮像と、
中性子捕獲治療及び/又は中性子ビーム治療を含む医学的治療と、
材料及びコンポーネントの試験と、
科学的研究と
の一以上に対して有用である、請求項1から25のいずれか一項に記載の核融合炉。 - 前記プラズマ閉じ込めシステムは、前記プラズマにおいて生成されたα粒子が閉じ込められるように構成される、請求項1から26のいずれか一項に記載の核融合炉。
- 前記プラズマ閉じ込めシステムは、前記炉がジュウテリウム及びトリチウムの核融合動作にある場合、前記トロイダルプラズマチャンバの中心に配置されるソレノイドが存在しないように構成される、請求項1から27のいずれか一項に記載の核融合炉。
- 前記プラズマチャンバの壁上の単位面積当たりの負荷を低減するべく最適化されたダイバータをさらに含む、請求項1から28のいずれか一項に記載の核融合炉。
- 前記プラズマの排気プルームを配向させ、前記排気プルームの占有面積を大きな半径及び/若しくは大半径まで拡張し並びに/又は前記ダイバータ全体の接触領域を掃引するべく構成されたダイバータコイルをさらに含む、請求項29に記載の核融合炉。
- 前記ダイバータの表面の一部又はすべてがリチウムで被覆される、請求項29又は30に記載の核融合炉。
- 前記プラズマが面する壁の一部又はすべてがリチウムで被覆される、請求項1から31のいずれか一項に記載の核融合炉。
- イオンサイクロトロン共鳴加熱(ICRH)を誘導するべく構成され、及び放出される前記中性子のエネルギーを制御可能かつチューニング可能に増加させるべく構成されるアンテナをさらに含む、請求項1から32のいずれか一項に記載の核融合炉。
- コアプラズマと開磁力線の領域とを分離するセパラトリックスにおける前記閉じ込められたプラズマの垂直延伸は、約3である、請求項1から33のいずれか一項に記載の核融合炉。
- 放出される中性子の束を増加させるべく構成される増倍ブランケットをさらに含む、請求項1から34のいずれか一項に記載の核融合炉。
- 束密度の局所的増加をもたらすべく前記炉から外に中性子を向けるリフレクタをさらに含む、請求項1から35のいずれか一項に記載の核融合炉。
- 請求項1から36のいずれか一項に記載の核融合炉を複数含む発電所。
- トロイダルプラズマチャンバを含む核融合炉を動作させることによって中性子又はエネルギーを生成する方法であって、
前記プラズマチャンバ内でプラズマを立ち上げることと、
前記プラズマチャンバ内に、大半径1.5m以下の前記プラズマを閉じ込めるべく3T以上、好ましくは5T以上、好ましくは10T以上、好ましくは15T以上のトロイダル成分を有する磁場を生成することと、
中性子及び他のエネルギー粒子を放出することと
を含む方法。 - 前記閉じ込められたプラズマの大半径が1.0m未満、より好ましくは0.5m未満である、請求項38に記載の方法。
- 100MW未満、好ましくは10MW未満、より好ましくは6MW未満、より好ましくは3MW未満、より好ましくは1MW未満で前記プラズマにエネルギーを投入することをさらに含む、請求項38又は39に記載の方法。
- 前記プラズマは、核融合エネルギーの利得因子Qeng>1、より好ましくはQeng>3、より好ましくはQeng>10、より好ましくはQeng>15、より好ましくはQeng>20で動作する、請求項38から40のいずれか一項に記載の方法。
- 前記プラズマを、少なくとも10秒、好ましくは少なくとも100秒、より好ましくは少なくとも1000秒、より好ましくは少なくとも10000秒の間定常状態に維持することをさらに含む、請求項38から41のいずれか一項に記載の方法。
- 前記プラズマは、
マージング圧縮と、
振動電流がプラズマリングを生成して前記プラズマ電流を増大させる磁気ポンピングと、
前記トロイダルチャンバの中心コアに配置された一以上のソレノイド(引き込み可能であり得る)のアクティベーションと、
ジャイロトロン又は他のRF源によるRF電流立ち上げと
の一以上を使用して立ち上げられる、請求項38から42のいずれか一項に記載の方法。 - 前記プラズマ電流は、
一以上のソレノイド(引き込み可能であり得る)のアクティベーションと、
RF電流駆動と、
前記プラズマをその成長に合わせて包含するのに必要なポロイダル磁場の急増によって前記プラズマ電流を所望動作値までランプアップさせるのにほぼ十分な磁束が投入されるようなプラズマ加熱と
の一以上を使用してランプアップされる、請求項38から43のいずれか一項に記載の方法。 - 前記一以上の引き込み可能ソレノイドは一以上の予め冷却された高温超伝導ソレノイドを含む、請求項432又は44に記載の方法。
- 中性子生成を向上させるべく、200keV未満、好ましくは130keV未満、より好ましくは80keV未満、より好ましくは40keV未満のエネルギーを有する一以上の中性ビームを前記プラズマの中に向けることをさらに含む、請求項38から45のいずれか一項に記載の方法。
- 前記中性子は、少なくとも3×1017中性子/秒、好ましくは少なくとも1018中性子/秒、より好ましくは少なくとも1019中性子/秒、より好ましくは少なくとも1020中性子/秒の速度で生成される、請求項38から46のいずれか一項に記載の方法。
- 前記中性ビーム及び前記プラズマの少なくとも一方がトリチウムを含む、請求項38から47のいずれか一項に記載の方法。
- 前記中性ビーム及びプラズマはそれぞれ、核融合がD−D反応として動作するようにジュウテリウムのみを含む、請求項38から47のいずれか一項に記載の方法。
- 前記中性子を、
電気エネルギーの生成と、
医学及び他の使用のための同位体形成と、
水素生成と、
熱生成と、
核廃棄物処理と、
リチウムの中性子ボンバードメントによるトリチウム製造と、
核分裂燃料の増殖と、
核融合・核分裂混成において未臨界核分裂又は燃料親物質ブランケットを駆動することと、
中性子分光法及び/又は中性子撮像(断層撮影)及び/又は中性子アクティベーション分析を含む材料分析と、
中性子照射による材料処理と、
秘密材料の検知と、
医学的撮像と、
中性子捕獲治療及び/又は中性子ビーム治療を含む医学的治療と、
材料及びコンポーネントの試験と、
科学的研究と
の一以上に対して使用することをさらに含む、請求項38から49のいずれか一項に記載の方法。
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
GB1115188.3A GB2494185A (en) | 2011-09-02 | 2011-09-02 | A spherical tokamak with toroidal field magnets made from high-temperature superconductor |
GB1115188.3 | 2011-09-02 | ||
GBGB1212241.2A GB201212241D0 (en) | 2012-07-10 | 2012-07-10 | Efficient compact fusion reactor |
GB1212241.2 | 2012-07-10 | ||
PCT/GB2012/052093 WO2013030554A1 (en) | 2011-09-02 | 2012-08-24 | Efficient compact fusion reactor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014529744A true JP2014529744A (ja) | 2014-11-13 |
JP6155265B2 JP6155265B2 (ja) | 2017-06-28 |
Family
ID=46875905
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014527731A Active JP6155265B2 (ja) | 2011-09-02 | 2012-08-24 | 高効率コンパクト核融合炉 |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US9852816B2 (ja) |
EP (1) | EP2752099B1 (ja) |
JP (1) | JP6155265B2 (ja) |
KR (1) | KR101867092B1 (ja) |
CN (1) | CN103765999A (ja) |
RU (1) | RU2014112696A (ja) |
WO (1) | WO2013030554A1 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018534761A (ja) * | 2015-09-09 | 2018-11-22 | トカマク エナジー リミテッド | 超伝導磁石におけるクエンチ保護 |
JP2018534759A (ja) * | 2015-09-04 | 2018-11-22 | トカマク エナジー リミテッド | Hts磁石のための支持構造体 |
JP2020517950A (ja) * | 2017-04-26 | 2020-06-18 | トカマク エナジー リミテッド | 中性子遮蔽体兼ソレノイド |
JP2021505870A (ja) * | 2017-12-08 | 2021-02-18 | トカマク エナジー リミテッド | 磁石アセンブリ及びトカマク |
Families Citing this family (37)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103765999A (zh) * | 2011-09-02 | 2014-04-30 | 托卡马克方案英国有限公司 | 高效紧凑型聚变反应堆 |
GB2510447B (en) * | 2013-09-13 | 2015-02-18 | Tokamak Energy Ltd | Toroidal field coil for use in a fusion reactor |
GB2525021A (en) * | 2014-04-10 | 2015-10-14 | Tokamak Energy Ltd | Efficient compact fusion reactor |
GB2528272B (en) * | 2014-07-15 | 2017-06-21 | Tokamak Energy Ltd | Shielding materials for fusion reactors |
GB2529412A (en) * | 2014-08-18 | 2016-02-24 | Tokamak Energy Ltd | Hybrid magnet for use in fusion reactors |
CN104157311B (zh) * | 2014-08-19 | 2016-12-07 | 中国工程物理研究院核物理与化学研究所 | 一种用于z箍缩聚变裂变混合能源堆的薄壁聚变靶室 |
CN104684237A (zh) * | 2015-02-13 | 2015-06-03 | 中国科学院等离子体物理研究所 | 环形磁场和蜗旋电流约束激发的等离子光球制造方法 |
GB201515978D0 (en) * | 2015-09-09 | 2015-10-21 | Tokamak Energy Ltd | HTS magnet sections |
CN106932808B (zh) * | 2015-12-30 | 2023-07-14 | 核工业西南物理研究院 | 一种长脉冲主动水冷量热靶大流量的异形水路结构 |
WO2018115818A1 (en) * | 2016-12-21 | 2018-06-28 | Tokamak Energy Ltd | Quench protection in superconducting magnets |
GB201701440D0 (en) | 2017-01-30 | 2017-03-15 | Tokamak Energy Ltd | Poloidal field coil arrangement for double null merging |
US20180277259A1 (en) * | 2017-03-27 | 2018-09-27 | Jerry I. Jacobson | Method and apparatus for controlled thermonuclear fusion power |
US20200077507A1 (en) * | 2017-04-21 | 2020-03-05 | Massachusetts Institute Of Technology | DC Constant-Field Synchrotron Providing Inverse Reflection of Charged Particles |
GB2565779A (en) * | 2017-08-21 | 2019-02-27 | Tokamak Energy Ltd | Field coil with exfoliated tape |
GB201717455D0 (en) * | 2017-10-24 | 2017-12-06 | Tokamak Energy Ltd | Pulsed merging compression |
WO2019150095A1 (en) * | 2018-01-31 | 2019-08-08 | Tokamak Energy Ltd | Wound hts magnet coils |
PT3747033T (pt) * | 2018-02-01 | 2022-05-05 | Tokamak Energy Ltd | Bobines hts parcialmente isoladas |
US20210217537A1 (en) * | 2018-05-13 | 2021-07-15 | Quantum Spring Research Pty Ltd | Ion Beam Device and Method for Generating Heat and Power |
WO2019222549A1 (en) * | 2018-05-16 | 2019-11-21 | Msnw Llc | Apparatus, systems and methods for spacecraft scale magnetosphric protection from galactic cosmic radiation |
GB201810512D0 (en) * | 2018-06-27 | 2018-08-15 | Tokamak Energy Ltd | Double null liquid metal divertors |
CN108776129B (zh) * | 2018-07-06 | 2023-12-08 | 中国科学院西安光学精密机械研究所 | 多功能环形磁铁阵列激光等离子体约束装置及其应用系统 |
GB201814351D0 (en) | 2018-09-04 | 2018-10-17 | Tokamak Energy Ltd | Bent toroidal field coils |
US20220005614A1 (en) * | 2018-10-02 | 2022-01-06 | Massachusetts Institute Of Technology | Techniques For Cryogenic Radiation Enhancement Of Superconductors And Related Systems And Methods |
GB201819037D0 (en) | 2018-11-22 | 2019-01-09 | Tokamak Energy Ltd | Cryo-battery for tokamak |
EP4318506A2 (en) | 2018-11-22 | 2024-02-07 | Tokamak Energy Ltd | Rapid dump of partially insulated superconducting magnet |
GB201905166D0 (en) | 2019-04-11 | 2019-05-29 | Tokamak Energy Ltd | Partial insulation magnet with directed quench energy dump |
GB2588901A (en) | 2019-11-12 | 2021-05-19 | Tokamak Energy Ltd | Strain-based quench detection |
GB2590633A (en) | 2019-12-20 | 2021-07-07 | Tokamak Energy Ltd | HTS linked partial insulation for HTS field coils |
CN111313154B (zh) * | 2020-02-25 | 2021-01-19 | 电子科技大学 | 一种用于微波输电系统的抗辐射能量发射器 |
CN113539524B (zh) * | 2020-04-15 | 2023-05-02 | 新奥科技发展有限公司 | 保持高性能等离子体的装置和方法 |
GB202006576D0 (en) | 2020-05-04 | 2020-06-17 | Tokamak Energy Ltd | High temperature superconductor field coil |
GB202007245D0 (en) | 2020-05-15 | 2020-07-01 | Tokamak Energy Ltd | Central column of a toroidal field coil |
RU205721U1 (ru) * | 2020-07-09 | 2021-07-30 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" | Вакуумная камера термоядерного реактора |
GB2600110A (en) | 2020-10-20 | 2022-04-27 | Tokamak Energy Ltd | High temperature superconductor field coil |
CN113362969B (zh) * | 2021-05-18 | 2022-09-20 | 清华大学 | 多冲程核聚变方法及核聚变反应堆 |
GB202116343D0 (en) | 2021-11-12 | 2021-12-29 | Tokamak Energy Ltd | Switchable insulation for HTS magnets |
CN116072372B (zh) * | 2023-02-22 | 2023-11-07 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 基于高温超导的聚变堆超导磁体系统 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4370296A (en) * | 1978-03-21 | 1983-01-25 | Fdx Associates, L.P. | Toroidal fusion reactor having ohmic heating coil substantially adjacent toroidal fusion region |
WO2011154717A1 (en) * | 2010-06-11 | 2011-12-15 | Tokamak Solutions Uk Limited | Compact fusion reactor |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01119791A (ja) * | 1987-11-04 | 1989-05-11 | Toshiba Corp | 核融合装置 |
US20100046688A1 (en) * | 2008-08-25 | 2010-02-25 | Kotschenreuther Michael T | Magnetic confinement device |
CN103765999A (zh) * | 2011-09-02 | 2014-04-30 | 托卡马克方案英国有限公司 | 高效紧凑型聚变反应堆 |
-
2012
- 2012-08-24 CN CN201280042332.5A patent/CN103765999A/zh active Pending
- 2012-08-24 EP EP12759807.6A patent/EP2752099B1/en active Active
- 2012-08-24 JP JP2014527731A patent/JP6155265B2/ja active Active
- 2012-08-24 KR KR1020147008697A patent/KR101867092B1/ko active IP Right Grant
- 2012-08-24 US US14/240,809 patent/US9852816B2/en active Active
- 2012-08-24 WO PCT/GB2012/052093 patent/WO2013030554A1/en active Application Filing
- 2012-08-24 RU RU2014112696/07A patent/RU2014112696A/ru unknown
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4370296A (en) * | 1978-03-21 | 1983-01-25 | Fdx Associates, L.P. | Toroidal fusion reactor having ohmic heating coil substantially adjacent toroidal fusion region |
WO2011154717A1 (en) * | 2010-06-11 | 2011-12-15 | Tokamak Solutions Uk Limited | Compact fusion reactor |
Non-Patent Citations (5)
Title |
---|
A.SYKES: "The Development of the Spherical Tokamak", [ONLINE], vol. [検索日:平成28年6月17日], JPN7016001713, October 2008 (2008-10-01), pages 全31頁 * |
CRAIG H. WILLIAMS, ET AL.: "Realizing 2001: A Space Odyssey: Piloted Spherical Torus Nuclear Fusion Propulsion", [ONLINE], vol. [検索日:平成28年6月17日], JPN7016001714, March 2005 (2005-03-01), pages 全48頁 * |
R.M.O.GALVAO, ET AL.: "Physics and engineering basis of multifunctional compact tokamak reactor concept", [ONLINE], vol. [検索日:2016年6月17日], JPN7016001712, October 2008 (2008-10-01), pages 全9頁 * |
VENKAT SELVAMANICKAM: "2G HTS Wire for High Magnetic Field Applications", [ONLINE], vol. [検索日:平成28年6月17日], JPN7016001715, May 2011 (2011-05-01), pages 全19頁 * |
W.T.REIERSEN, ET AL.: "The engineering design of TPX", [ONLINE], vol. [検索日:平成28年6月17日], JPN6016024160, 1994, pages 387 - 392 * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018534759A (ja) * | 2015-09-04 | 2018-11-22 | トカマク エナジー リミテッド | Hts磁石のための支持構造体 |
JP2018534761A (ja) * | 2015-09-09 | 2018-11-22 | トカマク エナジー リミテッド | 超伝導磁石におけるクエンチ保護 |
US11557893B2 (en) | 2015-09-09 | 2023-01-17 | Tokamak Energy Ltd | Quench protection in superconducting magnets |
JP2020517950A (ja) * | 2017-04-26 | 2020-06-18 | トカマク エナジー リミテッド | 中性子遮蔽体兼ソレノイド |
JP7210469B2 (ja) | 2017-04-26 | 2023-01-23 | トカマク エナジー リミテッド | 中性子遮蔽体兼ソレノイド |
JP2021505870A (ja) * | 2017-12-08 | 2021-02-18 | トカマク エナジー リミテッド | 磁石アセンブリ及びトカマク |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20140211900A1 (en) | 2014-07-31 |
JP6155265B2 (ja) | 2017-06-28 |
EP2752099B1 (en) | 2017-07-05 |
KR20140074322A (ko) | 2014-06-17 |
EP2752099A1 (en) | 2014-07-09 |
CN103765999A (zh) | 2014-04-30 |
US9852816B2 (en) | 2017-12-26 |
KR101867092B1 (ko) | 2018-06-14 |
WO2013030554A1 (en) | 2013-03-07 |
RU2014112696A (ru) | 2015-10-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6155265B2 (ja) | 高効率コンパクト核融合炉 | |
US20130089171A1 (en) | Compact Fusion Reactor | |
JP2017514120A (ja) | 高効率コンパクト核融合炉 | |
US10403405B2 (en) | Inductive plasma source and plasma containment | |
Van Houtte et al. | Recent fully non-inductive operation results in Tore Supra with 6 min, 1 GJ plasma discharges | |
US10395778B2 (en) | RF current drive for plasma electric generation system | |
EP1856702B1 (en) | Plasma electric generation system | |
US9607719B2 (en) | Vacuum chamber for plasma electric generation system | |
US9928927B2 (en) | Heating plasma for fusion power using magnetic field oscillation | |
GB2494185A (en) | A spherical tokamak with toroidal field magnets made from high-temperature superconductor | |
Moir et al. | Axisymmetric magnetic mirror fusion-fission hybrid | |
US20230106100A1 (en) | Spherical tokamak with high power gain ratio | |
Belyakov et al. | Facilities With Magnetic Plasma Confinement | |
Romannikov | Medium size tokamak T-15MD as a base for experimental fusion research in Russian Federation | |
Marcus | Superconducting and Long-Pulse Tokamaks for Prototyping Reactor Technology | |
Ragheb | Magnetic confinement fusion | |
Mauel et al. | Fusion technologies for tritium-suppressed DD fusion | |
Chen | Multipoles and Surmacs II: Engineering | |
Park | EXPERIMENTS ON ST40 TOWARDS BURNING PLASMA CONDITIONS | |
Ikeda | Present status of JT-60SA project and development of heating systems for JT-60SA |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150731 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160628 |
|
A601 | Written request for extension of time |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601 Effective date: 20160928 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20161125 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170509 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170605 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6155265 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |