JP2768951B2 - トリチウム増殖ブランケットの構造 - Google Patents
トリチウム増殖ブランケットの構造Info
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
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- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は核融合炉における第１壁あるいはブランケッ
ト等のごとく、導電性の物質で構成され、その中に形設
した通路中に導電性の液体金属を磁場を横切る方向に流
した際に、液体金属側に発生する超電力に基づく流動抵
抗を低減させるようにした液体金属用ブランケットの構
造に関するものである。
ト等のごとく、導電性の物質で構成され、その中に形設
した通路中に導電性の液体金属を磁場を横切る方向に流
した際に、液体金属側に発生する超電力に基づく流動抵
抗を低減させるようにした液体金属用ブランケットの構
造に関するものである。
［従来の技術］ 第４図はJAERI−M87−017に示された従来技術の例
で、核融合実用動力炉用に設計されたチューブ・イン・
シェル型ブランケットであり、容器壁の内面を全面絶縁
施工した場合の斜視断面図である。第４図において、51
は増殖領域（液体金属流路）、52は第１壁、53はプラズ
マ、54は絶縁部、55はトロイダル磁場、56はポロイダル
磁場、57は第１壁の液体金属流路である。プラズマ35か
ら高熱負荷および中性子照射を受けるブランケットにお
いて、増殖領域51内を導電性の液体金属がポロイダル磁
場56の方向に流れる場合、上記液体金属はトロイダル磁
場55を横切る方向に流れる。磁場中を磁場を横切って運
動する導体中にはファラデーの法則に基づく起電力が発
生し、これによって導体中には導体の運動を妨げるよう
な力（ローレンツ力）を生じる電流が流れる。このため
磁場を横切って運動する導体は抵抗を受けることにな
る。この導体が液体金属のような流体の場合にはMHD圧
損と呼ばれる摩擦抵抗と同様な流体圧力の低下を引き起
こす。該従来技術の例では上記の流体圧力の低下を低減
させる手段として増殖領域51の容器壁の内面を全面絶縁
施工し、これによって流体内に流れた電流が導電性の物
質からなる流路壁を通って戻るような回路が形成される
のを抑止している。この場合にも流体の内部においては
電流の回路が形成され前記のMHD圧損が生じるが、その
値は上記の導電壁の場合に較べて10-3〜10-4程度で極め
て小さいものである。
で、核融合実用動力炉用に設計されたチューブ・イン・
シェル型ブランケットであり、容器壁の内面を全面絶縁
施工した場合の斜視断面図である。第４図において、51
は増殖領域（液体金属流路）、52は第１壁、53はプラズ
マ、54は絶縁部、55はトロイダル磁場、56はポロイダル
磁場、57は第１壁の液体金属流路である。プラズマ35か
ら高熱負荷および中性子照射を受けるブランケットにお
いて、増殖領域51内を導電性の液体金属がポロイダル磁
場56の方向に流れる場合、上記液体金属はトロイダル磁
場55を横切る方向に流れる。磁場中を磁場を横切って運
動する導体中にはファラデーの法則に基づく起電力が発
生し、これによって導体中には導体の運動を妨げるよう
な力（ローレンツ力）を生じる電流が流れる。このため
磁場を横切って運動する導体は抵抗を受けることにな
る。この導体が液体金属のような流体の場合にはMHD圧
損と呼ばれる摩擦抵抗と同様な流体圧力の低下を引き起
こす。該従来技術の例では上記の流体圧力の低下を低減
させる手段として増殖領域51の容器壁の内面を全面絶縁
施工し、これによって流体内に流れた電流が導電性の物
質からなる流路壁を通って戻るような回路が形成される
のを抑止している。この場合にも流体の内部においては
電流の回路が形成され前記のMHD圧損が生じるが、その
値は上記の導電壁の場合に較べて10-3〜10-4程度で極め
て小さいものである。
［発明が解決しようとする課題］ このように従来の技術においても、流路壁の内面を全
面絶縁施工することによってMHD圧損を実用上無視し得
る程度にまで低減させることが可能であり、それによっ
て増殖領域を流れる流体のポンプの動力を低減し、流体
入口圧力低下に伴う容器壁厚の低減を可能にし、磁場喪
失時の圧力変動に基づく不安全の生じるのを防止するこ
とが可能であった。しかしながら、上記従来の技術にお
ける、流路壁の内面を全面絶縁施工する手法は、組立後
に絶縁コーティング施工しようとする場合に第１壁流路
やリミタ流路等の狭隘な流路の絶縁施工が困難になるこ
と、また予め絶縁施工を行なった後に組み立てを行なう
場合には熔接部等の接合部の絶縁が破壊される可能性が
あるという不具合を有していた。
面絶縁施工することによってMHD圧損を実用上無視し得
る程度にまで低減させることが可能であり、それによっ
て増殖領域を流れる流体のポンプの動力を低減し、流体
入口圧力低下に伴う容器壁厚の低減を可能にし、磁場喪
失時の圧力変動に基づく不安全の生じるのを防止するこ
とが可能であった。しかしながら、上記従来の技術にお
ける、流路壁の内面を全面絶縁施工する手法は、組立後
に絶縁コーティング施工しようとする場合に第１壁流路
やリミタ流路等の狭隘な流路の絶縁施工が困難になるこ
と、また予め絶縁施工を行なった後に組み立てを行なう
場合には熔接部等の接合部の絶縁が破壊される可能性が
あるという不具合を有していた。
［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するための手段は、前記特許請求の範
囲の記載したトリチウム増殖ブランケットの構造であ
る。すなわち、断面が方形の液体リチウム流路を有し、
該液体リチウム流路内を液体リチウムが磁場を横切って
流れる、液体リチウム自己冷却型トリチウム増殖ブラン
ケットにおいて、上記液体リチウム流路を構成する流路
壁の４つの内面のうち、磁場に直角な２つの内面と磁場
に平行な１つの内面の、合計３つの内面の全面に絶縁施
工した液体リチウム流路を有するトリチウム増殖ブラン
ケットの構造である。
囲の記載したトリチウム増殖ブランケットの構造であ
る。すなわち、断面が方形の液体リチウム流路を有し、
該液体リチウム流路内を液体リチウムが磁場を横切って
流れる、液体リチウム自己冷却型トリチウム増殖ブラン
ケットにおいて、上記液体リチウム流路を構成する流路
壁の４つの内面のうち、磁場に直角な２つの内面と磁場
に平行な１つの内面の、合計３つの内面の全面に絶縁施
工した液体リチウム流路を有するトリチウム増殖ブラン
ケットの構造である。
［作用］ 第３図（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は、磁場12の中
で、磁場12を横切る方向に配設された電気伝導度の異な
るチューブ11、14および15の中を液体金属等の導電性の
流体が流れた際に、チューブあるいは流体中に生じる電
流13の回路と、それに基づくMHD圧損の大きさの比較説
明図である。第３図において、（Ａ）はチューブ11が完
全導体壁の場合、（Ｂ）はチューブ14が絶縁壁の場合、
（Ｃ）はチューブ15が導電壁の場合である。また、16は
液体金属流路である。
で、磁場12を横切る方向に配設された電気伝導度の異な
るチューブ11、14および15の中を液体金属等の導電性の
流体が流れた際に、チューブあるいは流体中に生じる電
流13の回路と、それに基づくMHD圧損の大きさの比較説
明図である。第３図において、（Ａ）はチューブ11が完
全導体壁の場合、（Ｂ）はチューブ14が絶縁壁の場合、
（Ｃ）はチューブ15が導電壁の場合である。また、16は
液体金属流路である。
いま、ΔP:MHD圧損 B:磁場の磁束密度 σ：流体の導電率 V:流体の速度 μ：粘性係数 a:流路半径 σw:壁材料の導電率 tw:壁厚 Ha:ハルトマン数 とすると、（Ａ）〜（Ｃ）それぞれにおけるΔＰは下記
のようになる。
のようになる。
（Ａ）の場合（完全導体型） ΔＰ＝σB2V （Ｂ）の場合（絶縁壁） （Ｃ）の場合（導電壁） 上記の（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）はいずれも流体通
路の断面が円形の場合であるが、流体通路の断面が方形
の場合にも同様の式が示されており、上記の（Ａ）およ
び（Ｃ）のごとく流体内に流れた電流が流路壁を通って
戻るような回路が生じる導電壁の場合と、上記の（Ｂ）
に示すごとき流体内で回路が生じる絶縁壁の場合とで
は、発生するMHD圧損ΔＰの値に大きな差があり、例え
ばトカマク型核融合炉の代表的な条件の下では、導電型
の場合のMHD圧損ΔＰは、絶縁壁の場合のMHD圧損ΔＰの
103〜104倍となる。
路の断面が円形の場合であるが、流体通路の断面が方形
の場合にも同様の式が示されており、上記の（Ａ）およ
び（Ｃ）のごとく流体内に流れた電流が流路壁を通って
戻るような回路が生じる導電壁の場合と、上記の（Ｂ）
に示すごとき流体内で回路が生じる絶縁壁の場合とで
は、発生するMHD圧損ΔＰの値に大きな差があり、例え
ばトカマク型核融合炉の代表的な条件の下では、導電型
の場合のMHD圧損ΔＰは、絶縁壁の場合のMHD圧損ΔＰの
103〜104倍となる。
第１表は磁場の中に、磁場を横切る方向に配設した、
導電性の物質からなる方形の壁を有する通路中を、液体
金属等の導電性の流れが流れる場合における、通路の内
面の絶縁状態と流体に生じるMHD圧損との相関を示すも
のである。第１表において明らかなようにMHD圧損を低
減させるためには、必ずしも通路の内面の４面全部に絶
縁施工する必要はなく、磁場に直角な２面と、磁場に平
行な１面の合計３面のみの絶縁施工によっても４面全部
絶縁施工の場合とほぼ同等の効果が得られる。
導電性の物質からなる方形の壁を有する通路中を、液体
金属等の導電性の流れが流れる場合における、通路の内
面の絶縁状態と流体に生じるMHD圧損との相関を示すも
のである。第１表において明らかなようにMHD圧損を低
減させるためには、必ずしも通路の内面の４面全部に絶
縁施工する必要はなく、磁場に直角な２面と、磁場に平
行な１面の合計３面のみの絶縁施工によっても４面全部
絶縁施工の場合とほぼ同等の効果が得られる。
［実施例］ 第１〜２図は本発明に基づく実施例を示すもので、第
１図は核融合炉における第１壁の絶縁施工要領と、該絶
縁施工部と絶縁非施工部の平板との接合要領を示す図
で、第２図は同じく核融合炉におけるブランケット容器
の絶縁施工要領と、該絶縁施工部と絶縁非施工部の平板
との接合要領を示す図である。第１〜２図において、１
はプラズマ、２は磁場、３は絶縁部、４は平板、５は第
１壁構造物、６はブランケット容器構造物、７は液体リ
チウム流路である。第１図において第１壁構造物５と平
板４とで構成される液体リチウム流路７中を流れる液体
リチウムは磁場（ポロイダル）２を横切って流れ、また
第２図においてブランケット容器構造物６と平板４とで
構成される液体リチウム流路７中を流れる液体リチウム
は磁場（トロイダル）２を横切って流れる。従ってそれ
ぞれの流路を構成する流路壁の内面（以下単に内面とい
うこともある。）に絶縁を施工しない場合には流体中に
起電力が発生し、流体内に流れた電流が流路壁を通って
戻るような回路が生じて流体の運動を妨げ、MHD圧損と
呼ばれる摩擦抵抗と同様な流体圧力の低下を引き起こす
この流体圧力の低下は、例えば壁厚10mm程度の容器内を
液体リチウムが0.3m/s程度の流速で内側ブランケットを
流れた場合10MPa以上にも達する。これを低減させるた
めに第１図および第２図に示すごとく、予め形成した構
造物の内面に対して、磁場２に直角な２面と磁場２に平
行な１面の合計３面に対して絶縁を施工する。すなわ
ち、第１〜２図において第１壁構造物５とブランケット
容器構造物６の内面に斜線をもって示した絶縁部３の部
分である。絶縁施工された第１壁構造物５とブランケッ
ト容器構造物６とは、それぞれの平板４と拡散接合法等
によって接合される。このようにして施工された３面絶
縁構造物と平板とを接合する方法によって製作された第
１壁あるいはブランケット容器等は組み立て中に絶縁部
が破壊されることがない上、第１表のNo.3に記載してあ
るように、ほぼ非導電壁並の低いMHD圧損を得ることが
可能となる。
１図は核融合炉における第１壁の絶縁施工要領と、該絶
縁施工部と絶縁非施工部の平板との接合要領を示す図
で、第２図は同じく核融合炉におけるブランケット容器
の絶縁施工要領と、該絶縁施工部と絶縁非施工部の平板
との接合要領を示す図である。第１〜２図において、１
はプラズマ、２は磁場、３は絶縁部、４は平板、５は第
１壁構造物、６はブランケット容器構造物、７は液体リ
チウム流路である。第１図において第１壁構造物５と平
板４とで構成される液体リチウム流路７中を流れる液体
リチウムは磁場（ポロイダル）２を横切って流れ、また
第２図においてブランケット容器構造物６と平板４とで
構成される液体リチウム流路７中を流れる液体リチウム
は磁場（トロイダル）２を横切って流れる。従ってそれ
ぞれの流路を構成する流路壁の内面（以下単に内面とい
うこともある。）に絶縁を施工しない場合には流体中に
起電力が発生し、流体内に流れた電流が流路壁を通って
戻るような回路が生じて流体の運動を妨げ、MHD圧損と
呼ばれる摩擦抵抗と同様な流体圧力の低下を引き起こす
この流体圧力の低下は、例えば壁厚10mm程度の容器内を
液体リチウムが0.3m/s程度の流速で内側ブランケットを
流れた場合10MPa以上にも達する。これを低減させるた
めに第１図および第２図に示すごとく、予め形成した構
造物の内面に対して、磁場２に直角な２面と磁場２に平
行な１面の合計３面に対して絶縁を施工する。すなわ
ち、第１〜２図において第１壁構造物５とブランケット
容器構造物６の内面に斜線をもって示した絶縁部３の部
分である。絶縁施工された第１壁構造物５とブランケッ
ト容器構造物６とは、それぞれの平板４と拡散接合法等
によって接合される。このようにして施工された３面絶
縁構造物と平板とを接合する方法によって製作された第
１壁あるいはブランケット容器等は組み立て中に絶縁部
が破壊されることがない上、第１表のNo.3に記載してあ
るように、ほぼ非導電壁並の低いMHD圧損を得ることが
可能となる。
［発明の効果］ 本発明は、以上説明したように形成されているので、
以下に記載されるような効果を奏する。
以下に記載されるような効果を奏する。
磁場を横切って導電壁中の通路を流れる導電性の流体
に生じるMHD圧損を低減させるのに、上記通路の全内面
に絶縁施工することなく、磁場に直角な２つの内面の全
面と磁場に平行な１つの内面の全面、合計３つの内面の
全面に絶縁施工することによって、液体リチウム流路を
構成する４つの内面の全面に絶縁施工した場合とほぼ同
程度のMHD圧損低減の効果を得ることを可能としたこと
に伴い、核融合炉における第１壁あるいはリミタ等の狭
隘な流路を有する構造物の内面の絶縁施工に際しても、
流路の１面が取り付けられる前の開放状態の構造物に対
して３面の絶縁を施工することから、従来の技術におけ
るがごとく特別な装置を必要とすることなく容易かつ確
実に施工することが可能となった。また絶縁施工を完了
した構造物と平板とを拡散接合等の方法で接合し、組み
立てることにより、絶縁部の絶縁性が破壊されるのを抑
止することが可能になった。
に生じるMHD圧損を低減させるのに、上記通路の全内面
に絶縁施工することなく、磁場に直角な２つの内面の全
面と磁場に平行な１つの内面の全面、合計３つの内面の
全面に絶縁施工することによって、液体リチウム流路を
構成する４つの内面の全面に絶縁施工した場合とほぼ同
程度のMHD圧損低減の効果を得ることを可能としたこと
に伴い、核融合炉における第１壁あるいはリミタ等の狭
隘な流路を有する構造物の内面の絶縁施工に際しても、
流路の１面が取り付けられる前の開放状態の構造物に対
して３面の絶縁を施工することから、従来の技術におけ
るがごとく特別な装置を必要とすることなく容易かつ確
実に施工することが可能となった。また絶縁施工を完了
した構造物と平板とを拡散接合等の方法で接合し、組み
立てることにより、絶縁部の絶縁性が破壊されるのを抑
止することが可能になった。
第１〜２図は本発明に基づく実施例を示すもので、第１
図は核融合炉における第１壁の絶縁施工要領と、絶縁施
工構造物と平板との施工要領を示す図、第２図は同じく
ブランケット容器の絶縁施工要領と、絶縁施工構造物と
平板との接合要領を示す図である。第３図（Ａ），
（Ｂ）および（Ｃ）は磁場の中で磁場を横切る方向に配
設された３種類の電気伝導度の異なるチューブの中を導
電性の流体が流れた場合にチューブおよび流体中に生じ
る電流の回路と、MHD圧損の比較説明図である。 第４図は従来技術の例である。 １……プラズマ、２……磁場、３……絶縁部、４……平
板、５……第１壁構造物、６……ブランケット容器構造
物、７……液体リチウム流路、11、14、15……チュー
ブ、12……磁場、13……電流、16……液体金属流路、51
……増殖領域（液体金属流路）、52……第１壁、53……
プラズマ、54……絶縁部、55……トロイダル磁場、56…
…ポロイダル磁場、57……第１壁の液体金属流路。
図は核融合炉における第１壁の絶縁施工要領と、絶縁施
工構造物と平板との施工要領を示す図、第２図は同じく
ブランケット容器の絶縁施工要領と、絶縁施工構造物と
平板との接合要領を示す図である。第３図（Ａ），
（Ｂ）および（Ｃ）は磁場の中で磁場を横切る方向に配
設された３種類の電気伝導度の異なるチューブの中を導
電性の流体が流れた場合にチューブおよび流体中に生じ
る電流の回路と、MHD圧損の比較説明図である。 第４図は従来技術の例である。 １……プラズマ、２……磁場、３……絶縁部、４……平
板、５……第１壁構造物、６……ブランケット容器構造
物、７……液体リチウム流路、11、14、15……チュー
ブ、12……磁場、13……電流、16……液体金属流路、51
……増殖領域（液体金属流路）、52……第１壁、53……
プラズマ、54……絶縁部、55……トロイダル磁場、56…
…ポロイダル磁場、57……第１壁の液体金属流路。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) G21B 1/00
Claims (1)
- 【請求項１】断面が方形の液体リチウム流路を有し、該
液体リチウム流路内を液体リチウムが磁場を横切って流
れる、液体リチウム自己冷却型トリチウム増殖ブランケ
ットにおいて、 上記液体リチウム流路を構成する流路壁の４つの内面の
うち、磁場に直角な２つの内面と磁場に平行な１つの内
面の、合計３つの内面の全面に絶縁施工した液体リチウ
ム流路を有する ことを特徴とするトリチウム増殖ブランケットの構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63144768A JP2768951B2 (ja) | 1988-06-14 | 1988-06-14 | トリチウム増殖ブランケットの構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63144768A JP2768951B2 (ja) | 1988-06-14 | 1988-06-14 | トリチウム増殖ブランケットの構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01313794A JPH01313794A (ja) | 1989-12-19 |
| JP2768951B2 true JP2768951B2 (ja) | 1998-06-25 |
Family
ID=15369965
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63144768A Expired - Fee Related JP2768951B2 (ja) | 1988-06-14 | 1988-06-14 | トリチウム増殖ブランケットの構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2768951B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104078084B (zh) * | 2014-07-18 | 2016-08-24 | 中国科学院大学 | 一种强磁场下的连续金属液膜生成装置及方法 |
| CN108242270B (zh) * | 2016-12-27 | 2020-10-23 | 核工业西南物理研究院 | 一种降低液态包层mhd压降的结构 |
| CN108550404B (zh) * | 2018-04-20 | 2021-03-16 | 北京工业大学 | 一种流态氚增殖陶瓷复合材料 |
-
1988
- 1988-06-14 JP JP63144768A patent/JP2768951B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01313794A (ja) | 1989-12-19 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |