JP2777139B2 - 核融合装置の第一壁 - Google Patents

核融合装置の第一壁

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JP2777139B2 JP63078859A JP7885988A JP2777139B2 JP 2777139 B2 JP2777139 B2 JP 2777139B2 JP 63078859 A JP63078859 A JP 63078859A JP 7885988 A JP7885988 A JP 7885988A JP 2777139 B2 JP2777139 B2 JP 2777139B2
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    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は核融合装置の第一壁に係り、特に冷却基板,
保護板,及び受熱板からなる多重構造とすることによ
り、万一受熱板が離脱するような事態が発生しても、冷
却基板の健全性の維持を図ることができるものに関す
る。
(従来の技術) 核融合装置は真空容器内に高温のプラズマを磁場で封
じ込めた構成となっており、上記真空容器の表面はプラ
ズマから多大な熱負荷及び粒子負荷を受ける。例えば現
在使用されている核融合実験炉では、通常運転時の熱負
荷は30W/cm2程度であるが、プラズマが異常消滅する場
合には、15msという短い時間の間に、200J/cm2という大
きな熱負荷がある。かかる熱負荷から真空容器を保護す
る為に、真空容器とプラズマとの間に第一壁を設置して
いる。
そこで、第6図を参照して第1の従来例による第一壁
の構成を説明する。第6図は第一壁の構造を示す断面図
であり、図中符号1は冷却基板である。この冷却基板1
には受熱板2が冶金的に接合されている。図示しないプ
ラズマからの熱は図中矢印3で示す方向から伝わり、上
記受熱板2を介して熱伝導により冷却基板1に伝達され
る。
又、上記冷却基板1には冷却材流路4が形成されてお
り、この冷却材流路4内を流通する冷却材により上記伝
達された熱は系外に除去される。又、冷却基板1として
はオーステナイト系ステンレス鋼が使用され、受熱板2
はグラファイトとして設計されている。
かかる構成をなす第一壁の場合には次のような問題が
ある。
まず第1の問題は、プラズマ異常消滅時の熱負荷によ
って受熱板2にクラックが生じそれに起因して受熱板2
が離脱するような事態が発生する場合があるが、その場
合に冷却基板1がプラズマに直接面することになってし
まうことである。受熱板2の離脱によって受熱面表面が
他の第一壁に比べて冷却基板1側に引込まれ、その分だ
けプラズマ異常消滅時の上記離脱部への入熱が他の部分
に比較して減少することが期待されはするものの、冷却
基板1の損傷とそれに伴う冷却材の真空容器内への漏洩
は十分に懸念されるところである。
第2の問題は上述したような受熱板2の離脱を発見す
るべく受熱板の状態を監視する必要があるが、そのよう
な監視が極めて困難であることがあげられる。例えば実
験炉をみるとそこに使用されている受熱板2の数は1000
0〜20000枚にも及び、その様な多数の受熱板2を常時監
視することは極めて困難である。
さらに、第3の問題として、離脱した受熱板2の補修
に困難を伴うことがある。すなわち、受熱板2の冶金的
接合は接合部をある時間高温に保持する必要があり、真
空容器内でそのような状態を形成することは無理であ
り、よって真空容器内での補修は不可能である。したが
って補修を行なう為には、装置の分解が必要となり、多
大な日数及び手間を要してしまうという問題がある。
次に第7図及び第8図を参照して第2の従来例による
第一壁の構成を説明する。この従来例は受熱板2を冷却
基板1に機械的に接合したものであり、まず冷却基板1
には座5がボルト6により取付けられている。そしてこ
の座5に受熱板2をボルト7により取付けている。
上記構成によると、前記最初の従来例のように冶金的
接合方法を採用していないので、取付けボルト7を適宜
外すことにより、受熱板2を冷却基板1から容易に外す
ことができ、その結果真空容器内での受熱板2の交換作
業が可能になる。
しかしながら、この場合にも受熱板2の監視が必要で
あることには変わりなく、又、別の問題が生じてしま
う。すなわち冷却基板1への熱の伝達を考察すると、座
5がある部分については熱伝導であるが、それ以外の場
所では輻射による伝達となる。その結果冷却基板1にお
いて温度が不均一となり、それに起因して熱応力の発
生、さらには変形が懸念される。
(発明が解決しようとする課題) このように従来の構成にあっては、受熱板の離脱によ
り冷却基板の健全性が損われるという問題があり、かつ
受熱板の監視が困難であるとともに、その交換作業も容
易ではなく、交換を容易にするべく機械的結合方式を採
用した場合には伝熱の違いにより別の問題が発生してし
まうという不具合があった。
本発明はこのような点に基づいてなされたものでその
目的とするところは、万一受熱板が離脱するような事態
が発生しても、冷却基板の健全性を確実に維持すること
ができる核融合装置の第一壁を提供することにある。
[発明の構成] (課題を解決するための手段) 上記目的を達成するべく、本願発明による核融合装置
の第一壁は、冷却材が流通する冷却材流路を内部に備え
た冷却基板と、この冷却基板の前記プラズマ側の面を覆
い冶金的に接合された保護板と、この保護板の前記プラ
ズマ側の面に冶金的又は機械的に接合され表面に平行な
方向に繊維の織りの方向を指向させたグラファイト繊維
を含有する受熱板とを具備したことを特徴とするもので
ある。
上記受熱板は保護板のプラズマ側の面に冶金的又は機
械的に取付けられるものであり、機械的取付け構造の代
表例としてはボルト等のねじ類による固定構造がある。
このようなねじ類により固定する場合には、その取付部
の保護板及び受熱板の板厚を薄くして、ねじ類を締結し
た場合にその上端面が受熱板の通常板厚部の面より突出
しないようにすることも考えられ、それによってプラズ
マからねじ類に与えられる熱負荷を軽減する。又、上記
熱負荷の軽減効果を高める為に、ねじ類の頭部に保護カ
バーを被嵌する構成も考えられる。
又、本願発明が各構成の材質を特に限定するものでな
いことは勿論であるが、受熱板の材質としては、炭素繊
維強化炭素複合材(Carbon fiberreinforced carbon co
mposite、以下c/cコンポジットという)が最も好まし
い。このc/cコンポジットを採用した場合には受熱板の
離脱の確率を大幅に低減させることができる。
又、機械的接合構造として上記ねじ類を使用した場合
にその締結力を高めるべく、上記保護板の一部を金属材
料からなる取付座として冷却基板に接合し、この取付座
にねじ類をねじこむ構成も考えられる。
そして、これらが全て本願発明の範囲内のものである
ことは言うまでもないことであり、実施例としてはその
いくつかを最も代表的な例として示すものである。
(作用) 万一受熱板にクラックが発生して、離脱するような事
態が発生しても、冷却基板は保護板により覆われてい
て、その健全性は確実に維持されているので、各融合装
置としての運転はそのまま継続され、何等影響を及ぼす
ものではない。
又、保護板は冷却基板に対して冶金的に接合されてい
るので、保護板から冷却基板への熱伝達は全て熱伝導で
あり、よって熱伝達の手段の相違に起因した温度の不均
一はないものである。
(実施例) 以下第1図を参照して本発明の一実施例を説明する。
第1図は本実施例による第一壁の構成を示す断面図であ
り、図中符号101は冷却基板である。この冷却基板101に
は冷却材流通用の流路102が形成されている。上記冷却
基板101には保護板103が冶金的に接合されている。この
保護板103には受熱板104を機械的に固定するための雌ね
じ部105が形成されている。またこの雌ねじ部105が形成
されている部分は他の部分に比べて薄肉となっている。
保護板103には上記受熱板104がボルト106により座金1
07を介して固定されている。上記ボルト106がねじこま
れる部分の受熱板104も薄肉となっている。そしてボル
ト106をねじこんだ状態ではボルト106の上端面が受熱板
104の面よりも窪むようになっている。これはプラズマ
異常消滅時のプラズマからのボルト106に対する熱負荷
を低減する為である。
次に各部材の材質であるが、まず冷却基板101はオー
ステナイト系ステンレス鋼であり、保護板103はグラフ
ァイトである。又、受熱板104とボルト106はc/cコンポ
ジットである。このc/cコンポジットの繊維の織りかた
としては二次元織りが一般的であり、繊維の織ってある
方向に対する強度が高いことが特徴である。そして、受
熱板104の表面に平行な方向に繊維の織り方向を指向さ
せて使用すると、受熱板104の板厚方向の強度が表面に
平行な方向の強度に比べて小さい為に、クラックは表面
に平行な方向に進展しやすい。すなわち、受熱板104の
板厚方向に貫通するクラックは発生しにくい状態とな
る。これによって受熱板104の離脱現象を抑制するもの
である。
上記構成によると以下のような効果を奏することがで
きる。
まずプラズマ異常消滅時の高熱負荷によって受熱板10
4にクラックが発生してそれが進展しても、脱落するの
は受熱板104のみであって、冷却基板101は保護板103に
より覆われているので、その健全性は確実に維持され、
装置としての運転はそのまま継続して行なうことができ
る。
又、保護板103は冷却基板101に冶金的に接合されてお
り、よって保護板103から冷却基板101への熱の伝達は全
て熱伝導である。したがって熱の伝達手段の相違に起因
した不均一な温度分布をなくすことができ、これによっ
ても冷却基板101の健全性の維持を図ることができる。
又、受熱板104及びボルト106としてはc/cコンポジッ
トを使用しており、かつ受熱板104の表面に平行な方向
に繊維の織り方向を指向させているので、受熱板104の
板厚方向に貫通するクラックが発生しにくい状態となっ
ている。そのため受熱板104の離脱現象が効果的に抑制
されるものである。
又、受熱板104はボルト106を使用した機械的取付け構
造により取付けられているので、万一破損したような場
合にもその交換が容易であり、冶金的接合ではないので
真空容器内で交換作業を行なうことができる。
又、受熱板104の離脱の隔離が大幅な低下したので、
受熱板104の監視も軽減されることになる。
さらに、保護板103及び受熱板104のボルト106による
取付け部を他の部分より薄肉として、ボルト106をねじ
こんだ状態でボルト106の上端面が受熱板104の面より窪
むようにしているので、プラズマ異常消滅時におけるプ
ラズマからのボルト106の対する熱負荷は大幅に軽減さ
れ、その健全性を維持を効果的に図ることができる。
次に第2図を参照して第2の実施例を説明する。この
第2の実施例は受熱板104を保護板103に冶金的に接合し
たものであり、その他の構成は前記第1の実施例と同様
でありその説明は省略する。
この第2の実施例の場合にも、仮に受熱板104にクラ
ックが発生して離脱するような事態が発生しても、冷却
基板101は保護板103により覆われているので、その健全
性は確実に維持されることになり、装置としての運転は
継続される。
又、受熱板104自体がその材質の特性から離脱しにく
い構成となっており、それによって受熱板104の監視が
軽減されることも前記第1の実施例と同様である。
次に第3図及び第4図を参照して第3の実施例を説明
する。この第3の実施例は前記第1の実施例にボルト10
6を保護するカバー111を取付けたものである。すなわ
ち、取付けボルト106は、プラズマ異常消滅時にプラズ
マから受ける熱負荷を軽減させるべく、その上端面を受
熱板104の面より更に窪ませている。この実施例は、そ
の状態でボルト106の頭部にカバー111を装着して、プラ
ズマからボルト106に与えられる熱負荷を更に軽減させ
んとするものであり、それによってボルト106の健全性
の維持はもとより、受熱板104ひいては冷却基板101に与
える影響を効果的に軽減するものである、上記カバー11
1の取付けは、まずカバー111をボルト106の頭部に被嵌
し、その状態で45゜回転させる。それによってカバー11
1はボルト106に固定されることになる。
以上この第3の実施例によると、前記第1の実施例と
同様の効果を奏することはもとより、ボルト106の頭部
にカバー111を取付けてこれを保護する構成を採用して
いるので、ボルト106の健全性の維持を効果的に図るこ
とができるとともに、ひいては受熱板、冷却基板101の
健全性の維持につながる。
次に第5図を参照して第4の実施例を説明する。この
第4の実施例はボルト106のねじこみ位置に金属材料か
らなる取付け座112を配置したものである。この取付け
座112は冷却基板101上に冶金的に接合されており、又、
その周囲には保護板103が配置されている。その他の構
成は前記第1の実施例と同様であり、その説明は省略す
る。
したがって前記第1の実施例と同様の効果を奏し得る
ことはもとより、ボルト106をねじこむ対象を金属材料
からなる取付け座112としたので、より強大な締結力を
提供することができる。これによって受熱板104の離脱
防止をさらに効果的に図ることができる。
[発明の効果] 以上詳述したように、本発明による各融合装置の第一
壁によると、板厚方向に貫通するクラックは発生しにく
いので、受熱板の離脱減少を抑制することができ、受熱
板が万一離脱するようなことがあっても、冷却基板の健
全性は確実に維持され、装置としての運転を継続して行
なうことができるとともに、保護板が冷却基板に冶金的
に接合されているので、保護板から冷却基板への熱の伝
達は全て熱伝導となり、熱の伝達手段の相違に起因する
不均一な温度分布をなくすことができ、それによっても
冷却基板の健全性の維持を図ることができる等その効果
は大である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例による第一壁の構成を示す断
面図、第2図は第2の実施例による第一壁の構成を示す
断面図、第3図及び第4図は第3図の実施例を示す図
で、第3図は第一壁の断面図、第4図は第3図のIV−IV
矢視図、第5図は第4の実施例を示す第一壁の断面図、
第6図は第1の従来例による第一壁の断面図、第7図及
び第8図は第2の従来例を示す図で、第7図は第一壁の
断面図、第8図は第7図のVIII−VIII矢視図である。 101……冷却基板、102……冷却材流路、103……保護
板、104……受熱板、106……ボルト。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 政男 茨城県那珂郡那珂町向山字中原801番地 の1 日本原子力研究所那珂研究所内 (72)発明者 大森 順次 神奈川県横浜市鶴見区末広町2丁目4番 地 株式会社東芝京浜事業所内 (56)参考文献 特開 昭59−31476(JP,A) 特開 昭62−204186(JP,A) 特開 平1−105190(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G21B 1/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】核融合装置のプラズマをその内部に閉じ込
    めると共に高真空を維持する真空容器内面に設けられ、
    このプラズマからの熱負荷あるいは粒子負荷より前記真
    空容器を保護する核融合装置の第一壁において、冷却材
    が流通する冷却材流路を内部に備えた冷却基板と、この
    冷却基板の前記プラズマ側の面を覆い冶金的に接合され
    た保護板と、この保護板の前記プラズマ側の面に冶金的
    又は機械的に接合され表面に平行な方向に繊維の織り方
    向を指向させたグラファイト繊維を含有する受熱板を具
    備したことを特徴とする核融合装置の第一壁。
JP63078859A 1988-03-31 1988-03-31 核融合装置の第一壁 Expired - Lifetime JP2777139B2 (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS62204186A (ja) * 1986-03-05 1987-09-08 日本原子力研究所 核融合装置
JP2569078B2 (ja) * 1987-10-19 1997-01-08 株式会社日立製作所 核融合炉の炉壁

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