JP2843954B2 - 核融合炉 - Google Patents
核融合炉Info
- Publication number
- JP2843954B2 JP2843954B2 JP4230771A JP23077192A JP2843954B2 JP 2843954 B2 JP2843954 B2 JP 2843954B2 JP 4230771 A JP4230771 A JP 4230771A JP 23077192 A JP23077192 A JP 23077192A JP 2843954 B2 JP2843954 B2 JP 2843954B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plasma
- fusion reactor
- energy
- temperature plasma
- solar cell
- 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
- Plasma Technology (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、核融合炉に関し、特
に輻射エネルギを回収して効率を向上できる核融合炉に
関するものである。
に輻射エネルギを回収して効率を向上できる核融合炉に
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は例えば「核融合研究開発の現状」
（原子力研究所発行、１９９１年度版）に記載された従
来の核融合炉の一例を示す一部破断斜視図である。この
核融合炉はＩＴＥＲと呼ばれているトカマク型の装置で
あり、現在、日本、米国、ヨーロッパとソ連が共同で研
究開発を行っていて、原子力研究所が日本の中心になる
研究機関である。上記従来の核融合炉は、一番内側に高
温プラズマ１があり、その外側にブランケット２、超電
導コイル３、排気ポート４、支持構造物５などから構成
されている。ここで、図中、装置の大きさがわかるよう
に人間６が同時に示されている。
（原子力研究所発行、１９９１年度版）に記載された従
来の核融合炉の一例を示す一部破断斜視図である。この
核融合炉はＩＴＥＲと呼ばれているトカマク型の装置で
あり、現在、日本、米国、ヨーロッパとソ連が共同で研
究開発を行っていて、原子力研究所が日本の中心になる
研究機関である。上記従来の核融合炉は、一番内側に高
温プラズマ１があり、その外側にブランケット２、超電
導コイル３、排気ポート４、支持構造物５などから構成
されている。ここで、図中、装置の大きさがわかるよう
に人間６が同時に示されている。
【０００３】図５は例えば「第3.1.2図、核融合発電炉
のしくみ」（核融合研究開発の現状、ｐ．２４、原子力
研究所発行、１９９１年度版）に示された核融合発電炉
の概念図であり、図において７は高温プラズマ１を高温
に維持するプラズマ加熱装置、８は排気ポート４を介し
てプラズマの存在する領域を超高真空に排気する超高真
空ポンプ、９は熱交換器、１０は熱交換器９に接続され
たタービン発電機である。
のしくみ」（核融合研究開発の現状、ｐ．２４、原子力
研究所発行、１９９１年度版）に示された核融合発電炉
の概念図であり、図において７は高温プラズマ１を高温
に維持するプラズマ加熱装置、８は排気ポート４を介し
てプラズマの存在する領域を超高真空に排気する超高真
空ポンプ、９は熱交換器、１０は熱交換器９に接続され
たタービン発電機である。
【０００４】つぎに、上記従来の核融合炉の動作につい
て説明する。まず、排気ポート４を介してプラズマの存
在する領域を超高真空ポンプ８により超高真空に維持す
るとともに、ブランケット２には熱交換器９を介して冷
却水が流通されている。そこで、超電導コイル３によっ
て強磁場が発生され、この強磁場によって核融合反応を
生じるような高温プラズマ１が閉じ込められる。この高
温プラズマ１は、プラズマ加熱装置７によって高温に維
持される。ブランケット２に流入された冷却水は、高温
プラズマ１中での核融合反応エネルギと熱交換されて高
温水となって流出し、熱交換器９を通じ、最終的にター
ビン発電機１０を駆動する。この結果、反応によって発
生する核エネルギが、電気エネルギとして取り出され
る。
て説明する。まず、排気ポート４を介してプラズマの存
在する領域を超高真空ポンプ８により超高真空に維持す
るとともに、ブランケット２には熱交換器９を介して冷
却水が流通されている。そこで、超電導コイル３によっ
て強磁場が発生され、この強磁場によって核融合反応を
生じるような高温プラズマ１が閉じ込められる。この高
温プラズマ１は、プラズマ加熱装置７によって高温に維
持される。ブランケット２に流入された冷却水は、高温
プラズマ１中での核融合反応エネルギと熱交換されて高
温水となって流出し、熱交換器９を通じ、最終的にター
ビン発電機１０を駆動する。この結果、反応によって発
生する核エネルギが、電気エネルギとして取り出され
る。
【０００５】したがって、核融合炉として働くために
は、発生する核エネルギがこの炉を維持し、プラズマを
加熱するために使われるエネルギよりも大きくなくては
ならない。このための条件は、プラズマ温度と密度に閉
じ込め時間をかけた値によって得られるパラメータのグ
ラフで示すことができて、これを図６に示す。ここで、
図６は「核融合研究開発の現状」（原子力研究所発行、
１９９１年度版）のｐ．２５の「第3.1.3図、トカマク
型核融合関連のプラズマ特性の進展」を引用している。
図６には、入力パワーと出力パワーとがバランスする条
件である臨界プラズマ条件、および外部から加熱を行わ
なくてもプラズマが自分で高温を維持する条件である自
己点火条件と言われる領域が示されている。
は、発生する核エネルギがこの炉を維持し、プラズマを
加熱するために使われるエネルギよりも大きくなくては
ならない。このための条件は、プラズマ温度と密度に閉
じ込め時間をかけた値によって得られるパラメータのグ
ラフで示すことができて、これを図６に示す。ここで、
図６は「核融合研究開発の現状」（原子力研究所発行、
１９９１年度版）のｐ．２５の「第3.1.3図、トカマク
型核融合関連のプラズマ特性の進展」を引用している。
図６には、入力パワーと出力パワーとがバランスする条
件である臨界プラズマ条件、および外部から加熱を行わ
なくてもプラズマが自分で高温を維持する条件である自
己点火条件と言われる領域が示されている。
【０００６】これらの条件は英国のローソンが発案した
もので、核反応によって発生するエネルギが直接プラズ
マを加熱するが、プラズマから輻射によって失われる光
のエネルギは閉じ込めることができないとして上記条件
を求めている。この失われる輻射エネルギはプラズマパ
ラメータによって決まり実際の核融合炉では大きな値に
なっている。
もので、核反応によって発生するエネルギが直接プラズ
マを加熱するが、プラズマから輻射によって失われる光
のエネルギは閉じ込めることができないとして上記条件
を求めている。この失われる輻射エネルギはプラズマパ
ラメータによって決まり実際の核融合炉では大きな値に
なっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】従来の核融合炉の設計
にあたっては、プラズマのパラメータについて図６に示
すような条件が必要であり、このために長い閉じ込め時
間、高い密度、高い温度が必要とされてきた。これは技
術上困難な事柄であり、現在この問題を解決するために
多くの努力が払われてきているが、解決にはいたってい
ない。さらに、プラズマからの輻射エネルギは加熱エネ
ルギを無駄にしている。このために、核融合炉の経済性
が悪くなるなどの課題があった。
にあたっては、プラズマのパラメータについて図６に示
すような条件が必要であり、このために長い閉じ込め時
間、高い密度、高い温度が必要とされてきた。これは技
術上困難な事柄であり、現在この問題を解決するために
多くの努力が払われてきているが、解決にはいたってい
ない。さらに、プラズマからの輻射エネルギは加熱エネ
ルギを無駄にしている。このために、核融合炉の経済性
が悪くなるなどの課題があった。
【０００８】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、核融合炉の経済性を改善し、合
理的な経済的な核融合炉を得ることを目的とする。
ためになされたもので、核融合炉の経済性を改善し、合
理的な経済的な核融合炉を得ることを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】この発明に係る核融合炉
は、ブランケットと、該ブランケット内に核融合反応を
生じる高温プラズマを閉じ込める超電導コイルと、該高
温プラズマから発生する光・輻射エネルギを電気エネル
ギに変換する光ー電気変換器とを備えたものである。
は、ブランケットと、該ブランケット内に核融合反応を
生じる高温プラズマを閉じ込める超電導コイルと、該高
温プラズマから発生する光・輻射エネルギを電気エネル
ギに変換する光ー電気変換器とを備えたものである。
【００１０】
【作用】この発明においては、光ー電気変換器が、本来
閉じ込めることができず高温プラズマから輻射によって
失われてしまう輻射エネルギを回収することができ、核
融合炉の経済性を改善できる。
閉じ込めることができず高温プラズマから輻射によって
失われてしまう輻射エネルギを回収することができ、核
融合炉の経済性を改善できる。
【００１１】
【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。 実施例１． 図１はこの発明の実施例１を示す核融合炉の要部断面図
であり、図において図４に示した従来の核融合炉と同一
または相当部分には同一符号を付し、その説明を省略す
る。図において、１１は光ー電気変換器としての太陽電
池であり、この太陽電池１１は高温プラズマ１に面する
ようにブランケット２の内壁面１２に配設され、最終的
には電力網に接続されている。なお、ここでは超電導コ
イル等は省略されている。
る。 実施例１． 図１はこの発明の実施例１を示す核融合炉の要部断面図
であり、図において図４に示した従来の核融合炉と同一
または相当部分には同一符号を付し、その説明を省略す
る。図において、１１は光ー電気変換器としての太陽電
池であり、この太陽電池１１は高温プラズマ１に面する
ようにブランケット２の内壁面１２に配設され、最終的
には電力網に接続されている。なお、ここでは超電導コ
イル等は省略されている。
【００１２】つぎに、上記実施例１の動作について説明
する。高温プラズマ１からの輻射光は、ブランケット２
の内壁面１２に配設された太陽電池１１に到達する。太
陽電池１１では、輻射光の光エネルギを電気エネルギに
変換し、電力網を介して電気エネルギとして出力され
る。
する。高温プラズマ１からの輻射光は、ブランケット２
の内壁面１２に配設された太陽電池１１に到達する。太
陽電池１１では、輻射光の光エネルギを電気エネルギに
変換し、電力網を介して電気エネルギとして出力され
る。
【００１３】なお、上記実施例１の他の動作は、図４、
図５に示した従来の核融合炉と同様の動作する。
図５に示した従来の核融合炉と同様の動作する。
【００１４】このように、上記実施例１によれば、ブラ
ンケット２の内壁面１２に高温プラズマ１に面するよう
に太陽電池１１を配設しているので、本来閉じ込めるこ
とができずプラズマから輻射によって失われてしまう光
のエネルギを太陽電池１１を介して回収することがで
き、核融合炉の経済性を改善できるとともに、高温プラ
ズマ１の閉じ込めという困難な問題を緩和できるという
効果がある。
ンケット２の内壁面１２に高温プラズマ１に面するよう
に太陽電池１１を配設しているので、本来閉じ込めるこ
とができずプラズマから輻射によって失われてしまう光
のエネルギを太陽電池１１を介して回収することがで
き、核融合炉の経済性を改善できるとともに、高温プラ
ズマ１の閉じ込めという困難な問題を緩和できるという
効果がある。
【００１５】実施例２．上記実施例１では、高温プラズ
マ１に面するようにブランケット２の内壁面１２に太陽
電池１１を配設するものとしているが、この実施例２で
は、図２に示すように、高温プラズマ１に面しないよう
に太陽電池１１を排気ポート４の内壁面に配設し、高温
プラズマ１からの輻射光を反射して太陽電池１１に導く
鏡１４をブランケット２の壁面に配設するものとしてい
る。
マ１に面するようにブランケット２の内壁面１２に太陽
電池１１を配設するものとしているが、この実施例２で
は、図２に示すように、高温プラズマ１に面しないよう
に太陽電池１１を排気ポート４の内壁面に配設し、高温
プラズマ１からの輻射光を反射して太陽電池１１に導く
鏡１４をブランケット２の壁面に配設するものとしてい
る。
【００１６】ここで、核融合炉では、燃料に重水素の
み、あるいは重水素と三重水素が使われ、核反応によっ
てプラズマから高速の中性子１３が発生する。この高速
の中性子１３は、現在使用されている太陽電池１１に良
くない影響を与える。
み、あるいは重水素と三重水素が使われ、核反応によっ
てプラズマから高速の中性子１３が発生する。この高速
の中性子１３は、現在使用されている太陽電池１１に良
くない影響を与える。
【００１７】上記実施例２では、高温プラズマ１からの
輻射光が鏡１４により太陽電池１１に導かれ、輻射エネ
ルギは電気エネルギに変換され、核融合炉の経済性が改
善される。さらに、太陽電池１１には高速の中性子１３
が飛来せず、太陽電池１１の特性の劣化が防止され、長
寿命化が図られる。
輻射光が鏡１４により太陽電池１１に導かれ、輻射エネ
ルギは電気エネルギに変換され、核融合炉の経済性が改
善される。さらに、太陽電池１１には高速の中性子１３
が飛来せず、太陽電池１１の特性の劣化が防止され、長
寿命化が図られる。
【００１８】実施例３．上記実施例１では、光ー電気変
換器として太陽電池１１を用いるものとしているが、こ
の実施例３では、図３に示すように、光ー電気変換器と
して異種の金属１５、１６間に絶縁物１７を挟み込んだ
構造の光ー電気変換素子を用いるものとしている。な
お、図中、光、荷電粒子の飛来方向を矢印で示してい
る。
換器として太陽電池１１を用いるものとしているが、こ
の実施例３では、図３に示すように、光ー電気変換器と
して異種の金属１５、１６間に絶縁物１７を挟み込んだ
構造の光ー電気変換素子を用いるものとしている。な
お、図中、光、荷電粒子の飛来方向を矢印で示してい
る。
【００１９】上記実施例３における光ー電気変換素子で
は、高温プラズマ１からの光、荷電粒子などが異種の金
属１５、１６にあたり、金属１５、１６から電子が放出
される。このため金属１５、１６間に電位が生じ、金属
１５、１６を電気的に接続することにより、電気エネル
ギを外部に回収することができる。ここで、本実施例で
は、主に金属１５に光、荷電粒子があたっており、これ
が電子を放出するので、金属１５が正に帯電する。
は、高温プラズマ１からの光、荷電粒子などが異種の金
属１５、１６にあたり、金属１５、１６から電子が放出
される。このため金属１５、１６間に電位が生じ、金属
１５、１６を電気的に接続することにより、電気エネル
ギを外部に回収することができる。ここで、本実施例で
は、主に金属１５に光、荷電粒子があたっており、これ
が電子を放出するので、金属１５が正に帯電する。
【００２０】この電子が放出される割合は、金属１５、
１６の性質、高温プラズマ１からの光、荷電粒子などの
強さ、分布などによって決まり、構造を適宜設計するこ
とにより、効率的に電気エネルギを取り出すことができ
る。また、太陽電池１１は主に１〜１０ｅＶの光エネル
ギを電気エネルギに変換するものであるが、高温プラズ
マ１からの輻射エネルギはより高いエネルギの領域にあ
ることから、上記実施例１、２に比べて輻射エネルギの
回収効率を向上できる。さらに、光ー電気変換素子は太
陽電池１１のように半導体でなく金属で構成されている
ので、高温プラズマ１から発生する高速の中性子１３に
対して強く、長寿命化が図られるとともに設置場所の制
約もない。
１６の性質、高温プラズマ１からの光、荷電粒子などの
強さ、分布などによって決まり、構造を適宜設計するこ
とにより、効率的に電気エネルギを取り出すことができ
る。また、太陽電池１１は主に１〜１０ｅＶの光エネル
ギを電気エネルギに変換するものであるが、高温プラズ
マ１からの輻射エネルギはより高いエネルギの領域にあ
ることから、上記実施例１、２に比べて輻射エネルギの
回収効率を向上できる。さらに、光ー電気変換素子は太
陽電池１１のように半導体でなく金属で構成されている
ので、高温プラズマ１から発生する高速の中性子１３に
対して強く、長寿命化が図られるとともに設置場所の制
約もない。
【００２１】なお、上記実施例３では、光ー電気変換素
子は異種の金属１５、１６間に絶縁物１７を挟み込んだ
ものとして説明しているが、光ー電気変換素子はこれに
限定されるものではなく、原理上電位差を生じるもので
あればよい。
子は異種の金属１５、１６間に絶縁物１７を挟み込んだ
ものとして説明しているが、光ー電気変換素子はこれに
限定されるものではなく、原理上電位差を生じるもので
あればよい。
【００２２】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、ブラン
ケットと、該ブランケット内に核融合反応を生じる高温
プラズマを閉じ込める超電導コイルと、該高温プラズマ
から発生する光・輻射エネルギを電気エネルギに変換す
る光ー電気変換器とを備えているので、本来閉じ込める
ことができず高温プラズマから輻射によって失われてし
まう輻射エネルギを回収することができ、核融合炉の経
済性を改善でき、合理的な経済的な核融合炉が得られる
効果がある。
ケットと、該ブランケット内に核融合反応を生じる高温
プラズマを閉じ込める超電導コイルと、該高温プラズマ
から発生する光・輻射エネルギを電気エネルギに変換す
る光ー電気変換器とを備えているので、本来閉じ込める
ことができず高温プラズマから輻射によって失われてし
まう輻射エネルギを回収することができ、核融合炉の経
済性を改善でき、合理的な経済的な核融合炉が得られる
効果がある。
【図１】この発明の実施例１を示す核融合炉の要部断面
図である。
図である。
【図２】この発明の実施例２を示す核融合炉の要部断面
図である。
図である。
【図３】この発明の実施例３を示す核融合炉における光
ー電気変換素子の構成図である。
ー電気変換素子の構成図である。
【図４】従来の核融合炉の一例を示す一部破断斜視図で
ある。
ある。
【図５】従来の核融合炉を用いた核融合発電炉の一例を
示す概念図である。
示す概念図である。
【図６】トカマク型核融合関連のプラズマ温度と密度に
閉じ込め時間をかけた値によって得られるパラメータと
の関係を示すグラフである。
閉じ込め時間をかけた値によって得られるパラメータと
の関係を示すグラフである。
１ 高温プラズマ ２ ブランケット ３ 超電導コイル １１ 太陽電池（光ー電気変換器） １５ 金属（光ー電気変換器） １６ 金属（光ー電気変換器） １７ 絶縁物（光ー電気変換器）
Claims (1)
- 【請求項１】 ブランケットと、前記ブランケット内に
核融合反応を生じる高温プラズマを閉じ込める超電導コ
イルと、前記高温プラズマから発生する光または荷電粒
子が入射する位置に設けられていて当該光または荷電粒
子のエネルギを電気エネルギに変換する光−電気変換器
とを備えたことを特徴とする核融合炉。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4230771A JP2843954B2 (ja) | 1992-08-31 | 1992-08-31 | 核融合炉 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4230771A JP2843954B2 (ja) | 1992-08-31 | 1992-08-31 | 核融合炉 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0675071A JPH0675071A (ja) | 1994-03-18 |
| JP2843954B2 true JP2843954B2 (ja) | 1999-01-06 |
Family
ID=16913011
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4230771A Expired - Lifetime JP2843954B2 (ja) | 1992-08-31 | 1992-08-31 | 核融合炉 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2843954B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106414312B (zh) * | 2013-11-20 | 2018-10-12 | 辉光能源公司 | 动力生成系统和与该系统有关的方法 |
| JP6827254B2 (ja) * | 2019-01-04 | 2021-02-10 | ブリリアント ライト パワー インコーポレーティド | パワー発生システム及び同システムに関する方法 |
-
1992
- 1992-08-31 JP JP4230771A patent/JP2843954B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0675071A (ja) | 1994-03-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2159479C2 (ru) | Термоэмиссионный ядерный реактор | |
| Moir et al. | “Venetian-blind” direct energy converter for fusion reactors | |
| EP0269654B1 (en) | Thermophotovoltaic system | |
| Steiner | The technological requirements for power by fusion | |
| KR102152188B1 (ko) | 토륨 연료 기반 우주원자로 노심 및 이를 구비한 원자로 | |
| CN109859859B (zh) | 一种基于钨导热的无对流换热整体模块式超小型空间反应堆堆芯 | |
| BR112015022428B1 (pt) | Sistema de reator subcrítico acionado por acelerador | |
| CN111524624A (zh) | 一种热离子转换与布雷顿循环联合发电反应堆系统 | |
| Deng et al. | Performance evaluation and efficiency enhancement of a space thermionic fuel element for thermal energy conversion and utilization | |
| JP2843954B2 (ja) | 核融合炉 | |
| CN109958479B (zh) | 热化学储热热电子发电装置 | |
| CN109859861A (zh) | 一种基于碳纳米管的无冷却剂超小紧凑型空间反应堆堆芯 | |
| JP2006317400A (ja) | 実験から発電実証まで行えるＤー３Ｈｅトカマク核融合発電装置 | |
| Moir | Conceptual design considerations for DT mirror reactors with and without a fission blanket | |
| Santarius et al. | A passively proliferation-proof fusion power plant | |
| JPH06242275A (ja) | 核融合炉用及び核融合実験装置のダイバータ等プラズマ対向壁を用いた熱発電装置 | |
| De et al. | A theoretical study on solar thermionic (thermo electronic) power conversion with a parabolic concentrator | |
| Tone et al. | Design study of a tokamak power reactor | |
| US20240013941A1 (en) | Heavy Ion Plasma Energy Reactor | |
| Iiyoshi et al. | Innovative energy production in fusion reactors | |
| Tomita et al. | Use of polarized helium-3 for the energy production | |
| RU2074452C1 (ru) | Термоэмиссионный реактор-преобразователь | |
| Sanderson et al. | A bundle divertor for a fusion reactor | |
| Ribe | Theta-pinch toroidal reactor | |
| RU2156000C2 (ru) | Термоядерная электростанция |