JP2801645B2 - 核融合炉の第1壁保護材の損耗量測定方法 - Google Patents

核融合炉の第1壁保護材の損耗量測定方法

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    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、核融合炉においてプラズマを囲繞して配設
される第1壁の、プラズマと対面する面に取設される保
護材の損耗量測定方法に関するものである。
〔従来の技術〕 核融合炉における第1壁はプラズマに直面して苛酷な
条件下にあるため、その構造あるいは材質の選定に際し
ては高熱負荷に基づく損耗や熱応力による疲労あるいは
又熱衝撃による健全性の阻害等に関する対策が要求され
る。従来、この対応策として例えばステンレス鋼等の材
料で構成される第1壁の基板の表面にセラミックスやグ
ラファイト等からなる保護材(タイル)をろう付け等に
よる治金的方法、あるいはボルト締め等による機械的方
法によって取り付けることによる基板の保護等が提案さ
れていた。第6〜7図は上述の保護材を取設した第1壁
の構造の一例を示す図で、第6図は基板にボルト締めに
よって取設した状態の保護材の上面図、第7図第6図に
おけるb・b線矢視断面図である。第6〜7図におい
て、51は保護材、52は取り付けボルト、53はスリット、
54は基板、55は把持用穴である。第6〜7図において、
基板54の保護材51はプラズマディスラプション時に発生
するうず電流による過大な電磁力によって保護材51が剥
離されるのを防止する目的と製作上の便宜の点から個々
の大きさをおよそ100〜200mm角程度以下にするととも
に、各保護材51には表面から裏面に貫通するスリット53
が穿設されている。該スリット53は、それによって保護
材51に発生するうず電流の回路を縮小して電磁力を低減
させるほか、プラズマからの過大な熱/粒子負荷がスリ
ット53から直接基板54面に作用しないように出来る限り
狭く穿設されている。また、相隣接する保護材51相互間
の間隙は、前記スリット53の場合と同様、プラズマから
の過大な熱/粒子負荷から基板54を保護する目的で、保
護材51の取り替え時に必要な最少間隙を保持させたはめ
合い構造にしてある。
保護材51のプラズマに面する側は、プラズマディスラ
プションなどにより徐々に損耗してその肉厚を減少させ
る。そのため核融合炉供用期間中定期的に保護材51の肉
厚を測定して一定値以下に減肉した場合には保護材51を
取り替える必要がある。保護材51の肉厚を測定するのに
従来行なわれていた方法は、核融合炉休止時に、まず炉
内圧を真空状態から大気圧まで復圧させたのち超音波厚
み計等によって保護材51の肉厚を測定する。超音波厚み
計は保護材51表面に水等の液体を介して接触させた状態
で超音波を発振し、反射液を検出することによって保護
材51の肉厚を測定するものである。
測定された肉厚が損耗によって所定の値以下に減少し
ている場合、遠隔操作のマニピュレーターアーム等によ
って隣接保護材51との間隙部あるいは保護材51の表面に
形設された把持用穴を利用して損耗した保護材51を取り
外し、新しい保護材51を挿入、着設していた。
[発明が解決しようとする課題] このように上記従来の技術においても、核融合炉第1
壁の基材表面に取設した保護材の肉厚を測定し、必要に
応じてそれを取り替えることによって炉心構造物の安全
性を維持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超音波厚み計を使用した保護材の肉
厚測定の手法は、測定開始に先立って核融合炉の巨大な
炉の内圧を真空状態から大気圧に戻した後肉圧の測定を
行ない、その結果に基づいて基板の保護材の取り替え作
業等を終了した後再び炉内を真空状態に復帰させるため
に多大の時間と費用とを要するという不都合を有してい
た。また保護材の表面が損耗した凹凸のため、測定が困
難となる可能性があるほか、肉厚測定時に炉内の保護材
表面に水等の液体を塗布するために再び真空状態に復帰
させた際に核液体が気化し、炉内の純度を低下させる可
能性があると言う不都合を有していた。
[課題を解決するための手段] 本発明はこのような不具合点を解消し、短時間内に的
確に保護材の肉厚を測定し得る方法を提供することを目
的とするものである。
この目的は前記特許請求の範囲に記載した核融合炉の
第1壁保護材の損耗量測定方法によって達成される。す
なわち、核融合炉において、第1壁の基板表面に達する
保護材の貫通孔上又は保護材間の間隙上の、基板と垂直
方向上方に測定器を設け、基板の位置を基準として保護
材表面の相対的位置を測定する第1壁保護材の損耗量測
定方法である。
以下、本発明の作用等について、実施例に基づいて説
明する。
[実施例] 第1〜5図は本発明に基づく第1壁保護材の損耗量測
定方法に関して、測定器の構成と、該測定方法を適用す
る第1壁の基板および保護材の形状を示す図であり、第
1図はレーザー光を利用した光学式損耗量測定器の構成
を示す図、第2図は第1壁と保護材との取り合い状態を
示す図、第3図は第2図における保護材の拡大図、第4
図はうず電流回路縮小用スリットを形設し、取り付けボ
ルトと外面に保護材を取設した状態の保護材の上面図、
第5図は第4図におけるa・a線矢視断面図である。第
1〜5図において、1は光源、2はテレビカメラ、3は
イメージプロセッサ、4はモニターテレビ、5はパーソ
ナルコンピュータ、6は駆動装置、7はレーザー光、8
は保護材、9は基板、10、10'は操縦腕、11は把持用
穴、12はボルト穴、13は取り付けボルト、14はスリッ
ト、15は間隙である。
まず第1図において、測定すべき対象物を基板9上に
取設した保護材8とする。測定対象の保護材8の垂直方
向上方に光源1を駆動装置6によって移動させて停止さ
せ、保護材8に向かってレーザー光7を照射する。保護
材8の表面に達したレーザー光7は反射し、該反射光は
テレビカメラ2内に像を結ぶ。今、第1図において光源
1から照射されたレーザー光7が全く損耗されていない
保護材8の表面に当たる点をAとし、破線で示す形状に
損耗された保護材8の表面に当たる点をBとし、基板9
の表面と当たる点をCとする。点A,B,Cにおけるレーザ
ー光7の反射光は、テレビカメラ2内にそれぞれ像A',
B',C'を結ぶ。保護材8の表面に全く損耗されていない
点Aが存在する場合には、光源1とテレビカメラ2との
距離と、像A',B'の位置との関係から三角測量法の原理
でA,Bの位置が求まり、損耗量▲▼間の長さが得ら
れる。しかし第1図において破線で示したような、保護
材8の損耗が全面に及んでいるような場合には損耗量、
言い換えれば保護材8の残りの肉厚を測定することが出
来ない。そこで今回本発明において提案する方法は保護
材8の裏面にある基板9の表面、すなわち第1図におけ
る表面Cの位置をテレビカメラ2内に像C'としてとら
え、保護材8の▲▼間の長さ(厚さ)を求めるもの
である。第1図に示す構成図において説明すれば、まず
保護材8の垂直方向上方に駆動装置6によって光源1を
移動させて停止させ、レーザー光7を保護材8上に照射
してその反射光をテレビカメラ2でとらえ、電気信号に
変換してイメージプロセッサ(画像処理装置)3に送
り、更にパーソナルコンピュータ5において解析を行な
い、その結果を該パーソナルコンピュータ5およびモニ
ターテレビ4の画面に表示させる。保護材8の1個所の
測定が完了した後、駆動装置6によって光源1およびテ
レビカメラ2を保護材8の表面と平行に、即ち基板9の
表面と平行に所定の距離移動させて再び測定を行なう。
光源1およびテレビカメラ2の移動に際して、光源1か
ら照射するレーザー光7がスポット状光の場合はx,yの
水平2次元方向に移動させ、スリット状光の場合にはス
リット状光と直角方向の平面1方向にのみ移動させて測
定を行なう。
核融合炉の第1壁表面は、従来高い熱応力による疲労
や熱衝撃による健全性の阻害を防止する目的で基板の表
面にセラミックスやグラファイトなどの材質からなる保
護材を張設すとともに、相隣接する保護材間は段差を生
ぜしめるはめ合い構造を用い、基板が直接プラズマから
の熱負荷を受けないようにするとともに、うず電流の回
路を出来るだけ縮小して発生電磁力を低減させるために
形設する保護材のスリットや、保護材取り替えのための
把持用穴も出来る限り細く、あるいは小さくすることが
行なわれていた。
しかしながら最近の実験、研究によって、例えばプラ
ズマディスラプション時のエネルギ負荷については第1
壁の大部分が保護材で覆われていて、各保護材間の間隔
や保護材貫通部の大きさがそれ程大きくなく、かつ保護
材の表面から基板までの深さがある程度以上深ければ、
エネルギ負荷は殆ど保護材表面の溶融、昇華に消費され
て、基板の損耗には至らないことが明らかになった。あ
るいは又、逃走電子は細いビーム状に直進的に進行し、
逃走電子が衝突した構造材に細長いスリット状のクラッ
クを形成する特性を有することから、保護材が第1壁を
ほぼ全面的に覆っている場合にも相隣接する保護材間の
間隙あるいは把持用穴等の保護材の貫通孔を通過して基
板面に到達して基板面にクラックを生ぜしめる可能性が
ある。しかしながら該クラックはほとんどスポット的で
あり、基板面全体から見た場合基板面を基準面とするこ
とに実用上支障のないことが確認されるにいたったこと
等に伴い、必ずしも基板を完全に遮蔽する必要がなく、
相隣接する保護材の間隙や保護材に形設するスリットの
巾、あるいは把持用穴の寸法を従来より相当大きくして
も、あるいは又基板の微小部が直接炉内に面していて
も、基板の安全性を十分に保持し得ることが確認されて
いる。その結果に基づいて、例えば保護材8が第2〜3
図に示すごとき構造の場合には、保護材8の表面から裏
面に貫通する把持用穴11を利用するか、隣接する保護材
8との間隙15を利用して光源1から基板9の表面と保護
材8の表面までのそれぞれの距離を測定することによっ
て保護材8の厚さを測定し、保護材の損耗量を求めるこ
とが可能になる。また保護材8が第4〜5図に示すごと
き構造の場合には、レーザー光による測定を行なうのに
十分な幅のスリット15あるいは相隣接する保護材8との
間隙を利用して光源1から基板9までの距離を測定し、
第2〜3図における場合と同様に保護材8の肉厚測定時
の基準面とすることによって、常に正確に保護材8の厚
みを測定することを可能にした。
[発明の効果] 上述のように本発明によれば、各融合炉の第1壁保護
材の厚み測定に際し、真空状態の炉内において各測定対
象物至近の基板の位置を基準にして連続的に光学的に保
護材の厚みを測定することにより、従来行なわれていた
超音波厚み計使用時における、巨大な炉内の真空解除お
よび再真空化の手順を不要とし、測定対象物表面の湿潤
化を不要とするとともに該湿潤作業がもたらす再真空化
時の障害を除去し、保護材の材質によって生じていた測
定値の誤差をなくし、迅速、正確かつ安全に保護材の厚
みを測定し得るという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図はレーザー光を利用した光学式損耗量測定器の構
成を示す図、第2図は第1壁と保護材との取り合い状態
を示す図、第3図は第2図における保護材の拡大図、第
4図はうず電流回路縮小用スリットを形設し、取り付け
ボルトの外面に保護材を取設した状態の保護材の上面
図、第5図は第4図におけるa・a線矢視断面図であ
る。 第6〜7図は従来技術の例である。 1……光源、2……テレビカメラ、3……イメージプロ
セッサ、4……モニターテレビ、5……パーソナルコン
ピュータ、6……駆動装置、7……レーザー光、8……
保護材、9……基板、10、10'……操縦腕、11……把持
用穴、12……ボルト穴、13……取り付けボルト、14……
スリット、15……間隙、51……保護材、52……取り付け
ボルト、53……スリット、54……基板、55……把持用
穴。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 誠一郎 東京都江東区南砂2丁目4番25号 川崎 重工業株式会社東京設計事務所内 (72)発明者 上田 澄広 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工 業株式会社明石工場内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G21B 1/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】核融合炉において、第1壁の基板表面に達
    する保護材の貫通孔上又は保護材間の間隙上の、基板と
    垂直方向上方に測定器を設け、基板の位置を基準として
    保護材表面の相対的位置を測定することを特徴とする第
    1壁保護材の損耗量測定方法。
  2. 【請求項2】基板と垂直方向上方に設けた測定器が光学
    式である請求項1.記載の第1壁保護材の損耗量測定方
    法。
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