JP2811681B2 - 核融合装置の第一壁 - Google Patents
核融合装置の第一壁Info
- Publication number
- JP2811681B2 JP2811681B2 JP63225819A JP22581988A JP2811681B2 JP 2811681 B2 JP2811681 B2 JP 2811681B2 JP 63225819 A JP63225819 A JP 63225819A JP 22581988 A JP22581988 A JP 22581988A JP 2811681 B2 JP2811681 B2 JP 2811681B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- wall
- thickness direction
- thermal conductivity
- composite material
- fusion device
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- 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
- Ceramic Products (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は核融合装置の第一壁に関するものである。
（従来の技術） 核融合装置の第一壁はプラズマに面して設置される核
融合装置における構造物全般を指し、例えばリミタ、ダ
イバータ、ブランケット等およびその一部を指すが、こ
の第一壁はプラズマに近接して設置されるため、プラズ
マからの熱負荷、粒子負荷を受ける等、厳しい環境下に
ある。特に、リミタ、ダイバータ等は高熱負荷を受ける
ため、熱負荷条件は厳しい。このような条件下で第一壁
の材料として用いられているものの一つにグラファイト
がある。グラファイトは、プラズマ不純物の観点から優
れた低原子番号材であり、高い耐熱衝撃性も有してい
る。
融合装置における構造物全般を指し、例えばリミタ、ダ
イバータ、ブランケット等およびその一部を指すが、こ
の第一壁はプラズマに近接して設置されるため、プラズ
マからの熱負荷、粒子負荷を受ける等、厳しい環境下に
ある。特に、リミタ、ダイバータ等は高熱負荷を受ける
ため、熱負荷条件は厳しい。このような条件下で第一壁
の材料として用いられているものの一つにグラファイト
がある。グラファイトは、プラズマ不純物の観点から優
れた低原子番号材であり、高い耐熱衝撃性も有してい
る。
図面の第４図には、グラファイトを使用した従来の最
も代表的な第一壁が示されている。図示の第一壁は、グ
ラファイト・タイル（11）を金属製の基板（３）に固定
板（８）、連結材（９）を用いて固定したものである。
プラズマに面するグラファイト・タイル（11）にプラズ
マからの入熱があると、その熱量は接触熱伝達により基
板に伝達され、また、熱放射により散逸される。この方
式では、グラファイト・タイル（11）と基板（３）と
は、その機械的結合により接触しているのみであるか
ら、その接触部分の熱伝達特性は十分とは言えず、長時
間或は高い熱負荷に対しては冷却が不十分となる傾向が
あった。
も代表的な第一壁が示されている。図示の第一壁は、グ
ラファイト・タイル（11）を金属製の基板（３）に固定
板（８）、連結材（９）を用いて固定したものである。
プラズマに面するグラファイト・タイル（11）にプラズ
マからの入熱があると、その熱量は接触熱伝達により基
板に伝達され、また、熱放射により散逸される。この方
式では、グラファイト・タイル（11）と基板（３）と
は、その機械的結合により接触しているのみであるか
ら、その接触部分の熱伝達特性は十分とは言えず、長時
間或は高い熱負荷に対しては冷却が不十分となる傾向が
あった。
（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上述した２つの従来の第一壁は次に示
すような問題点を有している。
すような問題点を有している。
高い熱負荷（例えば、2km/cm2×３秒、或は、4km/cm2
×１秒以上）が第一壁に与えられると、表面が2800℃程
度以上の温度に達し、グラファイト・タイルの蒸気圧は
10-3気圧程度以上となり、グラファイト・タイルの表面
からの昇華損耗厚みは数10μm/s程度以上と大きくな
る。この結果、プラズマ中への炭素原子の混入が増大
し、プラズマに不純物制御上、大きな悪影響を及ぼす、
という問題点がある。また、グラファイト表面の損耗も
大きくなり、第一壁の寿命が短くなるという問題点もあ
る。
×１秒以上）が第一壁に与えられると、表面が2800℃程
度以上の温度に達し、グラファイト・タイルの蒸気圧は
10-3気圧程度以上となり、グラファイト・タイルの表面
からの昇華損耗厚みは数10μm/s程度以上と大きくな
る。この結果、プラズマ中への炭素原子の混入が増大
し、プラズマに不純物制御上、大きな悪影響を及ぼす、
という問題点がある。また、グラファイト表面の損耗も
大きくなり、第一壁の寿命が短くなるという問題点もあ
る。
これらの問題点は、既存の核融合装置においては、上
記のような高熱負荷が第一壁に与えられるということは
殆どないので、従来の第一壁で十分にその機能を果たす
のであるが、安全性をより一層向上させるため、また、
将来の核融合装置では、現在よりも更に高い熱負荷が長
時間にわたり定常的に第一壁に与えられることが予想さ
れるため、前記課題を解決した第一壁が望まれている。
記のような高熱負荷が第一壁に与えられるということは
殆どないので、従来の第一壁で十分にその機能を果たす
のであるが、安全性をより一層向上させるため、また、
将来の核融合装置では、現在よりも更に高い熱負荷が長
時間にわたり定常的に第一壁に与えられることが予想さ
れるため、前記課題を解決した第一壁が望まれている。
（問題点を解決するための手段） そこで、本発明者は、上記の課題を解決すべく検討を
行ない、本発明に到達した。すなわち、本発明の要旨
は、核融合装置のプラズマに面して設置される第一壁で
あって、この第一壁は、炭素繊維が実質的に厚み方向に
配向しており、厚み方向に直角の方向の熱伝導率に対す
る厚み方向の熱伝導率の比率が２以上であり、かつ厚み
方向の熱伝導率が3W/cm・℃以上である炭素繊維強化炭
素複合材料を、主たる構成材料とし、該厚み方向と実質
的に直角をなす片面をプラズマに面して設置されてな
る、核融合装置の第一壁、にある。
行ない、本発明に到達した。すなわち、本発明の要旨
は、核融合装置のプラズマに面して設置される第一壁で
あって、この第一壁は、炭素繊維が実質的に厚み方向に
配向しており、厚み方向に直角の方向の熱伝導率に対す
る厚み方向の熱伝導率の比率が２以上であり、かつ厚み
方向の熱伝導率が3W/cm・℃以上である炭素繊維強化炭
素複合材料を、主たる構成材料とし、該厚み方向と実質
的に直角をなす片面をプラズマに面して設置されてな
る、核融合装置の第一壁、にある。
以下、本発明を詳細に説明する。
まず、本発明において使用される炭素繊維強化炭素複
合材料（C/C複合材）は、炭素繊維が実質的に厚み方向
に配向しており、厚み方向に直角の方向の熱伝導率に対
する厚み方向の熱伝導率の比率が２以上であり、かつ厚
み方向の熱伝導率が3W/cm・℃以上であるものが、選択
される。
合材料（C/C複合材）は、炭素繊維が実質的に厚み方向
に配向しており、厚み方向に直角の方向の熱伝導率に対
する厚み方向の熱伝導率の比率が２以上であり、かつ厚
み方向の熱伝導率が3W/cm・℃以上であるものが、選択
される。
そして、このようなC/C複合材は、炭素繊維の長繊維
を熱硬化性樹脂に含浸し、これを加熱して繊維／樹脂の
複合体を得、この複合体を目的とする複合材料の厚みよ
り長く切断し、互いに実質的に平行となるように一方向
に揃えて、その繊維の長さ方向に直角の方向に圧力を加
え、成形して樹脂を硬化し、ついで炭化し、さらにこれ
をピッチ又は熱硬化性樹脂に含浸した後、炭化、必要に
応じて黒鉛化することにより得られる。
を熱硬化性樹脂に含浸し、これを加熱して繊維／樹脂の
複合体を得、この複合体を目的とする複合材料の厚みよ
り長く切断し、互いに実質的に平行となるように一方向
に揃えて、その繊維の長さ方向に直角の方向に圧力を加
え、成形して樹脂を硬化し、ついで炭化し、さらにこれ
をピッチ又は熱硬化性樹脂に含浸した後、炭化、必要に
応じて黒鉛化することにより得られる。
本発明で使用する炭素繊維は、ポリアクリロニトリル
（PAN）系、ピッチ系炭素繊維あるいは気相成長法炭素
繊維等、いずれの種類でもよいが、特に繊維軸方向の熱
伝導率が高い高特性のピッチ系炭素繊維が好適である。
（PAN）系、ピッチ系炭素繊維あるいは気相成長法炭素
繊維等、いずれの種類でもよいが、特に繊維軸方向の熱
伝導率が高い高特性のピッチ系炭素繊維が好適である。
そして、本発明におけるC/C複合材は、次のような方
法によって得られる。
法によって得られる。
まず、炭素繊維の長繊維を熱硬化性樹脂に含浸し、こ
れを加熱して半硬化させる。
れを加熱して半硬化させる。
熱硬化性樹脂としては、例えばフェノール樹脂、フラ
ン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等が挙
げられるが、フェノール樹脂特にレゾール型のフェノー
ル樹脂が好適に使用できる。これらの熱硬化性樹脂は通
常、エタノールのようなアルコール類、ヘキサンのよう
な炭化水素あるいはアセトンといった溶剤で溶解希釈し
て用いる。
ン樹脂、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等が挙
げられるが、フェノール樹脂特にレゾール型のフェノー
ル樹脂が好適に使用できる。これらの熱硬化性樹脂は通
常、エタノールのようなアルコール類、ヘキサンのよう
な炭化水素あるいはアセトンといった溶剤で溶解希釈し
て用いる。
熱硬化性樹脂溶液の濃度としては通常10〜70wt％、好
ましくは20〜60wt％の範囲のものを使用する。
ましくは20〜60wt％の範囲のものを使用する。
また、フラン樹脂、エポキシ樹脂等硬化剤を要するも
のは硬化剤も溶液中に添加されるがその量はそれぞれの
樹脂に適した量が添加される。
のは硬化剤も溶液中に添加されるがその量はそれぞれの
樹脂に適した量が添加される。
かかる熱硬化性樹脂溶液に炭素繊維の長繊維を含浸す
る方法としては、溶液中に炭素繊維を含浸するといった
簡単な方法で良いが、長繊維ロービングであれば溶液の
満たされた槽内を連続的に走行させる方法が処理の効率
の点から好ましい。また、この際に溶液の満された槽に
10〜50kHz程度の超音波を作用させておくと各単繊維
間、織目間の気泡等による処理むらの影響を防ぐことが
できるので好ましい。
る方法としては、溶液中に炭素繊維を含浸するといった
簡単な方法で良いが、長繊維ロービングであれば溶液の
満たされた槽内を連続的に走行させる方法が処理の効率
の点から好ましい。また、この際に溶液の満された槽に
10〜50kHz程度の超音波を作用させておくと各単繊維
間、織目間の気泡等による処理むらの影響を防ぐことが
できるので好ましい。
熱硬化性樹脂溶液に含浸した炭素繊維は例えばローラ
ーを通すなどして余分な溶液を除去し、次いで加熱処理
を施される。
ーを通すなどして余分な溶液を除去し、次いで加熱処理
を施される。
該加熱処理により、熱硬化性樹脂は熱硬化される。加
熱処理の条件は使用する熱硬化性樹脂の種類によってそ
れぞれ適性条件は異なるが通常50〜300℃、好ましくは8
0〜200℃の温度で0.2〜５時間、好ましくは0.2〜２時間
加熱処理される。この際、炭素繊維に塗布された熱硬化
性樹脂溶液からの急激な溶剤の脱離を避るため所定の温
度への昇温を徐々に行なわれることが望ましい。また、
加熱処理は炭素繊維を連続的に加熱炉内を走行させる方
法で行なうのが処理の効率の点から好ましい。
熱処理の条件は使用する熱硬化性樹脂の種類によってそ
れぞれ適性条件は異なるが通常50〜300℃、好ましくは8
0〜200℃の温度で0.2〜５時間、好ましくは0.2〜２時間
加熱処理される。この際、炭素繊維に塗布された熱硬化
性樹脂溶液からの急激な溶剤の脱離を避るため所定の温
度への昇温を徐々に行なわれることが望ましい。また、
加熱処理は炭素繊維を連続的に加熱炉内を走行させる方
法で行なうのが処理の効率の点から好ましい。
ついで、得られた繊維／樹脂の複合体を目的とするC/
C複合材の厚み方向より長く切断する。
C複合材の厚み方向より長く切断する。
この長さは通常は所望する目的物の厚さより少し長い
範囲から選定され、たとえば15〜100mmから選ばれる。
切断された複合体は、互いに実質的に平行となるように
一方向に揃えられ、その繊維の長さ方向に直角の方向に
圧力を加え、加熱、成型する。
範囲から選定され、たとえば15〜100mmから選ばれる。
切断された複合体は、互いに実質的に平行となるように
一方向に揃えられ、その繊維の長さ方向に直角の方向に
圧力を加え、加熱、成型する。
たとえば、金型にロート状の道具を使用して複合体を
供給することにより金型内に実質的に平行になるように
揃え、樹脂の硬化のために必要な温度の加熱下に、繊維
の長さ方向に直角の方向に圧力を加えて樹脂を硬化させ
ることにより成型体を得る。
供給することにより金型内に実質的に平行になるように
揃え、樹脂の硬化のために必要な温度の加熱下に、繊維
の長さ方向に直角の方向に圧力を加えて樹脂を硬化させ
ることにより成型体を得る。
その後、成型体を容器に入れ、成型体をコークスブリ
ーズで取囲むような形とした後、容器を電気炉に入れ、
必要に応じてN2ガス流通下で1000℃程度まで昇温して炭
化する。
ーズで取囲むような形とした後、容器を電気炉に入れ、
必要に応じてN2ガス流通下で1000℃程度まで昇温して炭
化する。
必要に応じては、さらに黒鉛化炉に入れ、不活性雰囲
気下で2000℃以上の温度まで熱処理する。
気下で2000℃以上の温度まで熱処理する。
ついで、得られた炭化物もしくは黒鉛化物を石油系、
石炭系ピッチあるいはフェノール樹脂、フラン樹脂等の
熱硬化性樹脂に含浸した後、また、熱硬化性樹脂を用い
た場合には樹脂を硬化させた後炭化させる。
石炭系ピッチあるいはフェノール樹脂、フラン樹脂等の
熱硬化性樹脂に含浸した後、また、熱硬化性樹脂を用い
た場合には樹脂を硬化させた後炭化させる。
その際、熱硬化性樹脂は、アルコール、アセトン、ア
ントラセン油等の溶媒に溶解して適当な粘度に調整した
ものを使用するのが一般的である。
ントラセン油等の溶媒に溶解して適当な粘度に調整した
ものを使用するのが一般的である。
また、この場合、圧力下に含浸する方法が好適に採用
される。
される。
たとえば、成型体の炭化物もしくは黒鉛化物とピッチ
を低圧反応容器（オートクレーブ）内に入れ真空中で加
熱してピッチを溶解し、炭化物もしくは黒鉛化物がピッ
チの溶融液の中に浸漬した状態となった後、N2ガスを導
入して低圧で550〜600℃程度に昇温する。
を低圧反応容器（オートクレーブ）内に入れ真空中で加
熱してピッチを溶解し、炭化物もしくは黒鉛化物がピッ
チの溶融液の中に浸漬した状態となった後、N2ガスを導
入して低圧で550〜600℃程度に昇温する。
その後、冷却して炭化物もしくは黒鉛化物の緻密化物
を取出し、前述と同様の方法でこれを1000℃程度まで炭
化し、必要に応じて黒鉛化する。
を取出し、前述と同様の方法でこれを1000℃程度まで炭
化し、必要に応じて黒鉛化する。
以上のいわゆる緻密化の方法を繰返して行なうことに
より比重1.6以上の高緻密のC/C複合材を得る。
より比重1.6以上の高緻密のC/C複合材を得る。
この際、繊維／樹脂複合体の樹脂含量や緻密化が不十
分であったり、炭化、黒鉛化の際の昇温速度が大きすぎ
ると繊維の長さ方向に直角の方向の強度が小さくなり、
場合によっては破壊に至るので適切な条件を選ぶ必要が
ある。また、黒鉛化温度を高くしたほうが高い熱伝導率
が得られやすい。
分であったり、炭化、黒鉛化の際の昇温速度が大きすぎ
ると繊維の長さ方向に直角の方向の強度が小さくなり、
場合によっては破壊に至るので適切な条件を選ぶ必要が
ある。また、黒鉛化温度を高くしたほうが高い熱伝導率
が得られやすい。
得られたC/C複合材は厚み方向に高い熱伝導率、電気
伝導率を有する。
伝導率を有する。
得られたC/C複合材は厚み方向に高い熱伝導率、電気
伝導率を有する、異方性の材料となる。得られたC/C複
合材は、目的に応じ、厚み方向と直角方向の強度を向上
させるために、炭素繊維を材料とした長繊維等を用いて
周囲を巻くことができ、あるいはC/C複合材等の炭素材
料を適当な形にして結束することができる。また、複数
の複合材の面間を、フェノール樹脂を主体とする樹脂な
どを用いて接着し、これを再びC/C複合材が最終的に処
理された温度程度にまで昇温させてC/C複合材の小片を
複数枚互いに接着させて目的とする大きさの複合材とす
ることもできる。
伝導率を有する、異方性の材料となる。得られたC/C複
合材は、目的に応じ、厚み方向と直角方向の強度を向上
させるために、炭素繊維を材料とした長繊維等を用いて
周囲を巻くことができ、あるいはC/C複合材等の炭素材
料を適当な形にして結束することができる。また、複数
の複合材の面間を、フェノール樹脂を主体とする樹脂な
どを用いて接着し、これを再びC/C複合材が最終的に処
理された温度程度にまで昇温させてC/C複合材の小片を
複数枚互いに接着させて目的とする大きさの複合材とす
ることもできる。
本発明のC/C複合材は、その厚み方向（⊥）とその直
角方向（）の熱伝導率の比率が２以上、好ましくは７
以上、最適には10以上であり、かつ、厚み方向（⊥）の
熱伝導率が3W/cm・℃以上であり、たとえば、その一方
の面に高温度に加熱された物質を置いても厚み方向の熱
伝導率が高いため、他方の面に熱が伝わりやすく、この
他方の面に冷却水を流した部分を接触させることによ
り、この加熱した物質を有効に冷却することができる。
すなわち、熱交換により、物質を冷却する場合に有効に
使用しうる。
角方向（）の熱伝導率の比率が２以上、好ましくは７
以上、最適には10以上であり、かつ、厚み方向（⊥）の
熱伝導率が3W/cm・℃以上であり、たとえば、その一方
の面に高温度に加熱された物質を置いても厚み方向の熱
伝導率が高いため、他方の面に熱が伝わりやすく、この
他方の面に冷却水を流した部分を接触させることによ
り、この加熱した物質を有効に冷却することができる。
すなわち、熱交換により、物質を冷却する場合に有効に
使用しうる。
なお、本発明において、繊維軸方向の熱伝導率が大き
いピッチ系、特に石炭ピッチ系の高特性の炭素繊維を用
いると、その効果がより大きくなるので好適である。
いピッチ系、特に石炭ピッチ系の高特性の炭素繊維を用
いると、その効果がより大きくなるので好適である。
本発明においては、このようなC/C複合材を、核融合
装置のプラズマに面して設置される第一壁の主たる構成
材料として、該厚み方向と実質的に直角をなす片面をプ
ラズマに面して設置する。
装置のプラズマに面して設置される第一壁の主たる構成
材料として、該厚み方向と実質的に直角をなす片面をプ
ラズマに面して設置する。
そして、本発明においては、好ましくは、このC/C複
合材の厚み方向と実質的に直角をなす片面に金属を冶金
的接合、又は機械的結合により接合、結合して用いられ
るが、特に冶金的接合が好適である。
合材の厚み方向と実質的に直角をなす片面に金属を冶金
的接合、又は機械的結合により接合、結合して用いられ
るが、特に冶金的接合が好適である。
金属は、たとえばTi,Cu,Fe,Ni,Mo、Cr等あるいはこれ
らを主体とする合金等から選ぶのが一般的である。合金
系としては、たとえばTiの場合、Al,V等を含むものが好
適に使用される。これらの金属は、通常5mm程度以下、
好ましくは0.1〜0.3mmの薄板として用いられるが、50mm
程度以下のステンレス板等を、基板として直接あるいは
上記薄板を間そう材として介して、用いることもでき
る。接合は、真空ろう付、拡散接合、HIP（ホット・ア
イソスタティック・プレス）等の常法によることができ
る。
らを主体とする合金等から選ぶのが一般的である。合金
系としては、たとえばTiの場合、Al,V等を含むものが好
適に使用される。これらの金属は、通常5mm程度以下、
好ましくは0.1〜0.3mmの薄板として用いられるが、50mm
程度以下のステンレス板等を、基板として直接あるいは
上記薄板を間そう材として介して、用いることもでき
る。接合は、真空ろう付、拡散接合、HIP（ホット・ア
イソスタティック・プレス）等の常法によることができ
る。
本発明におけるC/C複合材は、厚み方向に熱伝導、電
気伝導が一方向に高いものであり、熱を有効に除去した
り伝導したりしうる。また、上記のように金属接合した
場合には、特に厚み方向と直角の方向の耐熱衝撃性も高
い。
気伝導が一方向に高いものであり、熱を有効に除去した
り伝導したりしうる。また、上記のように金属接合した
場合には、特に厚み方向と直角の方向の耐熱衝撃性も高
い。
（実施例） 第１図は、本発明による核融合装置の第一壁の第１の
実施態様を示すものである。第一壁（１）は、後述の参
考例１で得られたC/C複合材（２）を基板（３）に真空
ろう付けしたものである。
実施態様を示すものである。第一壁（１）は、後述の参
考例１で得られたC/C複合材（２）を基板（３）に真空
ろう付けしたものである。
すなわち、厚さ10mmのステンレス基板（３）に銅ろう
を用いて厚さ1mmのTi板を間そう材としてろう付け部
（４）を介して接合されている。
を用いて厚さ1mmのTi板を間そう材としてろう付け部
（４）を介して接合されている。
基板（３）には、冷却効果を上げるために、冷却管
（５）が直接取り付けられている。
（５）が直接取り付けられている。
この図のプラズマ対向面（６）が、核融合装置のプラ
ズマに面して設置され、第一壁として使用される。
ズマに面して設置され、第一壁として使用される。
第２図は、本発明の第２の実施態様を示す。この態様
においては、参考例１で得られたC/C複合材（２）を用
いて、この厚み方向と実質的に直角をなす片面に金属薄
板（７′）（純Ti板）を接合した。
においては、参考例１で得られたC/C複合材（２）を用
いて、この厚み方向と実質的に直角をなす片面に金属薄
板（７′）（純Ti板）を接合した。
すなわち、厚み約1mmの純Ti板（融点約1675℃）
（７）上にCuろうを置き、さらにその上に上記C/C複合
材を置いて約1kgの重しをかけ、真空炉中で約１時間か
けて昇温して約1050℃で５分間保持し、ろう付け部
（４）を介してTi接合したC/C複合材を得た。
（７）上にCuろうを置き、さらにその上に上記C/C複合
材を置いて約1kgの重しをかけ、真空炉中で約１時間か
けて昇温して約1050℃で５分間保持し、ろう付け部
（４）を介してTi接合したC/C複合材を得た。
ついで、このC/C複合材の金属薄板（７）をボルト等
により機械的に基板（３）と接合する（8:固定板,9:連
結材）。また、基板（３）には、上記第一の態様の場合
と同様に、冷却管を取り付けることもできる（6:プラズ
マ対向面）。
により機械的に基板（３）と接合する（8:固定板,9:連
結材）。また、基板（３）には、上記第一の態様の場合
と同様に、冷却管を取り付けることもできる（6:プラズ
マ対向面）。
第３図は、本発明の第３の実施態様を示す。この態様
においては、参考例１で得られたC/C複合材（２），
（２′）を用いて、冷却管（５）の周囲に真空ろう付部
（４）を介して接合する。プラズマ対向面（６）が核融
合装置のプラズマに面して設置し、第一壁として使用さ
れる。
においては、参考例１で得られたC/C複合材（２），
（２′）を用いて、冷却管（５）の周囲に真空ろう付部
（４）を介して接合する。プラズマ対向面（６）が核融
合装置のプラズマに面して設置し、第一壁として使用さ
れる。
さらに、本発明は、その要旨を超えない限り上記実施
例に限定されるものではない。
例に限定されるものではない。
参考例１ ピッチ系炭素繊維（三菱化成株式会社製“ダイアリー
ド”、4,000フィラメント、繊維径10μ）の長繊維を、
フェノール樹脂のエタノール溶液に浸漬し、ついでこれ
を乾燥器に入れ70℃でエタノールを除去した後、100℃
以上に昇温してフェノール樹脂を半硬化させた。得られ
た繊維／樹脂の複合体（トウプリプレグ）（炭素繊維：
樹脂＝56:44,重量比）を長さ40mmに切断した。このもの
は、繊維が樹脂で固められ、棒状で剛直であった。この
切断した複合体を互いに平行になるように金型内に一方
向に揃えて並べ、目的とするC/C複合材の寸法より大き
くなるような形状に充填した。
ド”、4,000フィラメント、繊維径10μ）の長繊維を、
フェノール樹脂のエタノール溶液に浸漬し、ついでこれ
を乾燥器に入れ70℃でエタノールを除去した後、100℃
以上に昇温してフェノール樹脂を半硬化させた。得られ
た繊維／樹脂の複合体（トウプリプレグ）（炭素繊維：
樹脂＝56:44,重量比）を長さ40mmに切断した。このもの
は、繊維が樹脂で固められ、棒状で剛直であった。この
切断した複合体を互いに平行になるように金型内に一方
向に揃えて並べ、目的とするC/C複合材の寸法より大き
くなるような形状に充填した。
ついで、150℃で低圧を付加し、１時間で250℃まで昇
温し、250℃で１時間保持し、成型、硬化した。
温し、250℃で１時間保持し、成型、硬化した。
成型後の寸法は、101.9×120.5×40.1mmであった。
ついで、この成型品をコークスブリーズを詰めた容器
の中に入れコークスブリーズでおおった状態で、約50時
間かけて1000℃まで昇温し樹脂の炭化を行なった。
の中に入れコークスブリーズでおおった状態で、約50時
間かけて1000℃まで昇温し樹脂の炭化を行なった。
ついで、この炭化した複合材と固形のピッチをオート
クレーブに入れ、減圧状態のまま250℃まで昇温し、つ
いでN2を入れることにより雰囲気を陽圧とした後、昇温
し８時間で500℃まで到達させた後、500℃で５時間保持
した。
クレーブに入れ、減圧状態のまま250℃まで昇温し、つ
いでN2を入れることにより雰囲気を陽圧とした後、昇温
し８時間で500℃まで到達させた後、500℃で５時間保持
した。
昇温の際に圧力は、オートクレーブに付属したバルブ
を使って一定に保持した。
を使って一定に保持した。
オートクレーブを冷却し、複合材を取出し、成型品の
炭化と同様の方法で1000℃まで炭化した。上記のオート
クレーブ処理とその後の炭化処理を合計３回行なった
後、これを黒鉛化炉に入れアルゴン雰囲気中、2800℃ま
で昇温した後、冷却し、C/C複合材を得た。
炭化と同様の方法で1000℃まで炭化した。上記のオート
クレーブ処理とその後の炭化処理を合計３回行なった
後、これを黒鉛化炉に入れアルゴン雰囲気中、2800℃ま
で昇温した後、冷却し、C/C複合材を得た。
得られたC/C複合材の嵩密度は1.8g/m3で、厚み方向
（繊維軸と同一方向）とそれに直角の方向の熱伝導率を
レーザーフラッシュ法熱定数測定装置（真空理工製）で
測定した。
（繊維軸と同一方向）とそれに直角の方向の熱伝導率を
レーザーフラッシュ法熱定数測定装置（真空理工製）で
測定した。
厚み方向の熱伝導率は3.70W/cm・℃、厚み方向に直角
の方向の熱伝導率は0.31W/cm・℃であり、その比率は1
2.0であった。
の方向の熱伝導率は0.31W/cm・℃であり、その比率は1
2.0であった。
なお、このものは2500℃に加熱された黒鉛化炉内に急
速に入れても破壊せず、耐熱衝撃性にも優れていた。
速に入れても破壊せず、耐熱衝撃性にも優れていた。
（発明の効果） 以上のように、本発明の第一壁は、高い熱負荷に長時
間さらされても、表面温度、蒸気圧および昇華損耗は低
く抑えられ、第一壁として優れた性質を有する。
間さらされても、表面温度、蒸気圧および昇華損耗は低
く抑えられ、第一壁として優れた性質を有する。
第１〜３図は、本発明の第一壁の第１〜３の実施態様を
示す斜視図、第４図は、従来の第一壁の例を示す斜視図
である。 図中、 1:第一壁、2:C/C複合材、3:基板、4:ろう付け部、5:冷
却管、6:プラズマ対向面、7,7′：金属薄板。
示す斜視図、第４図は、従来の第一壁の例を示す斜視図
である。 図中、 1:第一壁、2:C/C複合材、3:基板、4:ろう付け部、5:冷
却管、6:プラズマ対向面、7,7′：金属薄板。
Claims (5)
- 【請求項１】核融合装置のプラズマに面して設置される
第一壁であって、この第一壁は、炭素繊維が実質的に厚
み方向に配向しており、厚み方向に直角の方向の熱伝導
率に対する厚み方向の熱伝導率の比率が２以上であり、
かつ厚み方向の熱伝導率が3w/cm・℃以上である炭素繊
維強化炭素複合材料を、主たる構成材料とし、該厚み方
向と実質的に直角をなす片面をプラズマに面して設置さ
れてなる、核融合装置の第一壁。 - 【請求項２】炭素繊維強化炭素複合材料が、熱硬化性樹
脂を含浸させた炭素繊維を、繊維が互に平行になるよう
に集積し、加圧加熱して成型する工程を経て製造された
ものである、請求項１記載の核融合装置の第一壁。 - 【請求項３】炭素繊維がピッチ系炭素繊維である、請求
項１又は２記載の核融合装置の第一壁。 - 【請求項４】厚み方向に直角の方向の熱伝導率に対する
厚み方向の熱伝導率の比率が７以上である、請求項１な
いし３のいずれかに記載の核融合装置の第一壁。 - 【請求項５】炭素繊維強化炭素数複合材料の厚み方向と
実質的に直角をなし、プラズマに面しない片面に金属を
冶金的接合してなる請求項１ないし４のいずれかに記載
の核融合装置の第一壁。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63225819A JP2811681B2 (ja) | 1988-09-09 | 1988-09-09 | 核融合装置の第一壁 |
| DE68929046T DE68929046T2 (de) | 1988-04-28 | 1989-04-26 | Kohlenstofffaserverstärkte Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung als Innenwände von Kernfusionsreaktoren |
| DE68923901T DE68923901T2 (de) | 1988-04-28 | 1989-04-26 | Kohlenstoffaserverstärkte Kohlenstoff-Verbundwerkstoffe, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung als Innenwände von Kernfusionsreaktoren. |
| EP94112521A EP0630875B1 (en) | 1988-04-28 | 1989-04-26 | Carbon fiber-reinforced carbon composite materials, processes for their production, and first walls of nuclear fusion reactors employing them |
| EP89107551A EP0339606B1 (en) | 1988-04-28 | 1989-04-26 | Carbon fiber-reinforced carbon composite materials, processes for their production, and first walls of nuclear fusion reactors employing them |
| US07/873,683 US5390217A (en) | 1988-04-28 | 1992-04-24 | Carbon fiber-reinforced carbon composite materials processes for their production, and first walls of nuclear fusion reactors employing them |
| US08/450,640 US5586152A (en) | 1988-04-28 | 1995-05-25 | Carbon fiber-reinforced carbon composite materials, processes for their production, and first walls of nuclear fusion reactors employing them |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63225819A JP2811681B2 (ja) | 1988-09-09 | 1988-09-09 | 核融合装置の第一壁 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0274894A JPH0274894A (ja) | 1990-03-14 |
| JP2811681B2 true JP2811681B2 (ja) | 1998-10-15 |
Family
ID=16835297
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63225819A Expired - Lifetime JP2811681B2 (ja) | 1988-04-28 | 1988-09-09 | 核融合装置の第一壁 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2811681B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03176692A (ja) * | 1989-12-06 | 1991-07-31 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | ダイバータ板の構造 |
| DE102005019730B4 (de) | 2005-04-28 | 2009-01-02 | Forschungszentrum Karlsruhe Gmbh | Plattenförmiger Carbonfaser-Verbundwerkstoff |
| CN111618513B (zh) * | 2020-07-08 | 2021-10-22 | 贵州航天新力铸锻有限责任公司 | 一种iter第一壁边缘手指焊接夹具及其使用方法 |
| CN112992384A (zh) * | 2021-02-07 | 2021-06-18 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种碳纤维增强复合材料cfc保护限制器 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2722197B2 (ja) * | 1988-03-07 | 1998-03-04 | 株式会社日立製作所 | 核融合炉壁及び核融合炉 |
-
1988
- 1988-09-09 JP JP63225819A patent/JP2811681B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0274894A (ja) | 1990-03-14 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0339606B1 (en) | Carbon fiber-reinforced carbon composite materials, processes for their production, and first walls of nuclear fusion reactors employing them | |
| JP4226100B2 (ja) | 炭素繊維強化複合材料及びその製造方法 | |
| US8034451B2 (en) | Carbon materials | |
| US7207424B2 (en) | Manufacture of carbon/carbon composites by hot pressing | |
| EP0274702B1 (en) | Molding process and device therefor | |
| EP0714869B1 (en) | Carbon fiber-reinforced carbon composite material and process for the preparation thereof | |
| DE102015223236A1 (de) | Keramisches Bauteil | |
| JP3673436B2 (ja) | 炭素基金属複合材料およびその製造方法 | |
| WO2006003774A1 (ja) | 半導体用ヒートシンクに好適な炭素繊維強化炭素複合材料の製造方法 | |
| US3808012A (en) | Dense composite ceramic bodies | |
| WO2011039531A1 (en) | Graphitic body containing metallic inclusion | |
| JP2811681B2 (ja) | 核融合装置の第一壁 | |
| JP2011093758A (ja) | 炭素質材料 | |
| JP2699443B2 (ja) | 金属と接合した炭素繊維強化炭素複合材料及びその製造方法 | |
| JP4260426B2 (ja) | ヒートシンク | |
| JP2743397B2 (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材料及びその使用方法 | |
| JP2775766B2 (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材料及びその使用法 | |
| JPH07187833A (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材料 | |
| JPH05306180A (ja) | 炭素繊維強化炭素−無機化合物複合材料の製造方法 | |
| JP2006002240A (ja) | 高熱伝導・低熱膨脹複合体およびその製造方法 | |
| JPH07172943A (ja) | 炭素繊維強化炭素複合材料 | |
| JPS63967A (ja) | 燃料電池用電極基板の製造方法 | |
| JP4437580B2 (ja) | 高熱伝導性炭素繊維複合材料 | |
| JPH05306167A (ja) | 短繊維強化ｃ／ｃコンポジットの製造方法 | |
| JP2003302486A (ja) | 中性子吸収材 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313115 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070807 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080807 Year of fee payment: 10 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090807 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090807 Year of fee payment: 11 |