JP2854358B2 - 核融合炉第1壁の製作方法 - Google Patents

核融合炉第1壁の製作方法

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JP2854358B2 JP2012628A JP1262890A JP2854358B2 JP 2854358 B2 JP2854358 B2 JP 2854358B2 JP 2012628 A JP2012628 A JP 2012628A JP 1262890 A JP1262890 A JP 1262890A JP 2854358 B2 JP2854358 B2 JP 2854358B2
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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壁の製作方法に関するものである。
[従来の技術] 第3〜8図は従来技術の例を示す。まず第3〜4図は
第1の従来技術の例として特開昭60-227986号公報に記
載された部材接合方法で、第3図は間隔密に並設した断
面方形の複数の中空部材とその周側面および両端面に配
設したシール用板状部材との接合時の横断面図、第4図
は第3図における中空部材端部の一部拡大斜視図であ
る。次に第5図は第2の従来技術の例で、特開昭60-864
84号公報に記載された核融合装置の第1壁の構造を示
し、比較的広い間隔を有して並設した複数の断面方形の
冷却管群と、その表面および裏面に板状部材を接合した
核融合炉第1壁の横断面図である。第6図は第3の従来
技術の例で特開昭60-157072号公報に記載された核融合
炉の炉心構造材のトリチウム透過防止構造で、プラズマ
に面する表面と冷却材流路との間の空間に、液体金属層
とプレナム部とを構設すると共に、プレナム炉心側の表
面にトリチウム透過性隔膜を設けた炉心構造材の縦断面
図である。更に第7〜8図は第4の従来技術の例で特公
平1-33349号公報に記載された積層材の製造方法で、第
7図は相対抗して配置した板状体内にパイプを介設した
金属粉末を充填して熱間静水圧処理によって製造した積
層材の横断面図、第8図は第7図の斜視外観図である。
第3〜8図において、51は貫通孔、52は中空部材、53,5
4,56はシール材、55は窓部、57は気密シール部、61は熱
・粒子負荷、62は表面板、63は冷却管、64は裏面板、71
はプラズマ側の壁、72は冷却材、73は冷却材通路、74は
液体金属層、75は液体金属、76はプレナム部、77は透過
性隔膜、81,81′は板状体、82は金属粉末層、83はシー
ル材、84は溶接ビード、86は貫通孔、87は積層材、88は
パイプである。
まず第3〜4図に示す第1の従来技術例において、断
面方形でその内方に断面方形の貫通孔51を有する比較的
長尺の中空部材52を複数準備し、互いにその側面を接触
させた状態で配置するとともに、その上下両面および両
側面にプレート状のシール材53,53、54,54を配置し、そ
の両端面に複数の窓部55を有するプレート状のシール材
56,56を配置して上記各シール材53、54、56同士の各接
触部およびシール材56の窓部55周囲をそれぞれ電子ビー
ム溶接し、これらシール材53、54、56によって囲まれた
部分を真空状態とすると共に、この部分を溶接ビードに
よって気密的にシールする。ついで上記部材全体に熱間
静水圧処理(例えば、1000〜2000℃、1000〜2000kgf/cm
2)を施す。この結果各接合部、すなわち互いに接触す
る中空部材52の各側面間および中空部材52の側面と各シ
ール材53、54、56の接触面との間は冶金的に接合され、
複数の貫通孔を有する部材を一体的に形成することが可
能になる。
次に第5図に示す第2の従来技術において、核融合炉
内のプラズマに面する側にはステンレス鋼等の低原子番
号材料からなる表面板62が設けられ、その裏側には長方
形断面の冷却管63がロウ付け等により冶金的に接合され
ている。またプラズマに面さない側にはステンレス鋼等
の中性子損傷に強い材料からなる裏面板64が冷却管63と
ロウ付け等により冶金的に接合されている。冷却管63の
間隔は、必要に応じて冷却水の流れ方向に基づいて変化
させてある。このように冷却管63を長方形断面にし、表
面板62および裏面板64に冷却管63設置のための溝加工を
行うことなく冶金的に接合出来る。表面板62はプラズマ
からの熱・粒子負荷61に耐える材料、一方、裏面板64は
電磁力と圧力に耐える材料として機能を分け、その間に
冷却管63が設けられている。従って裏面板64は小さな寸
法の分割構造にするなどして機械的な荷重を負担せしめ
ないため、微小クラックが発生したとしてもその進展を
少なく出来る。さらに表面板62がプラズマにより大きな
クラックを生じたとしても、裏面板64には直接その影響
が及ばず、第1壁の機械的な健全性は保たれる。
次に第6図に示す第3の従来技術例においては、核融
合炉第1壁等の炉心構造材のプラズマ側の壁71の背面で
冷却材流路73との間の狭い空間に、液体金属75を充填し
た液体金属層74を設け、その上部にプレナム部76を設置
する。またそのプラズマ側に透過性隔膜77を設け、冷却
材流路73内に冷却材72を流して構造材を冷却する。そし
て壁71の表面から入射する荷電/中性トリチウム粒子を
濃度の低い液体金属層74側で拡散捕捉し、プレナム部76
に拡散移行させるとともに、透過性隔膜77を介して高真
空のプラズマ側へ再放出させる。
更に第7〜8図に示す第4の従来技術例においては、
まず互いに相対向して配置した板状体81,81′の間に金
属系粉末を介設して金属粉末層82を形成し、該金属粉末
層82内に複数のパイプ88を配設したのち、板状体81,8
1′の周囲を覆うようにシール材83を配設する。また各
パイプ88の内部はその両端部において外部と連通させて
貫通孔86を形成させ、またパイプ88の両端部には窓部を
有するシール材83を配設する。この状態で被処理体全体
を真空チャンバー内に導入し、各板状体81と各シール材
83との接触部を電子ビーム溶接するとともに、各パイプ
88の両端部において各パイプ88と、シール材83に形成し
た窓部との接触部も気密に電子ビーム溶接したのち熱間
静水圧処理を行って接合を行う。
[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、貫通孔を有す
る中空部材を、貫通孔の変形なしに他の部材と接合させ
ることが可能であり、冷却管群を挟持する表面板と裏面
板の機能を分けることによって冷却壁全体の健全性を保
持させ得るほか、プラズマ側の壁の表面から入射して来
る荷電/中性トリチウム粒子を液体金属層に拡散して捕
捉し、上部のプレナム部から透過性隔膜を介してプラズ
マ側に再放出して冷却材中のトリチウム濃度の上昇を抑
止させ、あるいは平行な板状体とシール材とで形成され
た空間内に充填した金属粉末内にパイプ群を配設して焼
結し、精度及び品質が良く、多数の貫通孔を有する積層
材を製造することが可能である等、それぞれに優れた特
徴を有するものであった。
しかしながら上記従来の技術においては、例えば第1
の従来技術例においては断面方形の中空部材を並設して
熱間静水圧処理を行った際、中空部材の角部、あるいは
板厚の異なった部材の接合部に於いて、静水圧に対して
板の剛性が異なることにより変形の状態が異なり、十分
な接合が得られないと言う不具合を有していた。次に第
2の従来技術例においては、各冷却管の間に空間を有し
ていることにより表面板および裏面板の冷却が十分に行
われ難く、第3の従来技術例においては炉心構造材の構
造が複雑になり、また第4の従来技術例においては金属
粉末充填時に濃度のむらを生じる可能性を有していた。
本発明はこのような不具合点を解消し、簡潔な構成に
よって接合精度の良い、また冷却材中トリチウム濃度上
昇抑止力の高い核融合炉第1壁の製造方法を提供するこ
とを目的としている。
[課題を解決するための手段] 上記の目的は前記特許請求の範囲に記載された核融合
炉第1壁の製造方法によって達成される。
すなわち、 .断面方形の中空管を並設した管群と、該管群の周側
面に配設したシール用板状部材との接合に際して、該中
空管に金属箔を巻装して並設し、管群とシール用板状部
材との接合部を低圧に保持すると共に気密にシールし、
中空管の内外を連通させた状態で熱間静水圧処理を施す
核融合炉第1壁の製作方法。
.中空管に巻装する金属箔の材質が、シール用板状部
材の材質と同一である請求項.記載の核融合炉第1壁
の製作方法。
.中空管に巻装する金属箔の材質が、水素吸蔵性のあ
る純金属または合金である請求項.記載の核融合炉第
1壁の製作方法。
.中空管に巻装する金属箔の材質が、トリチウム透過
速度の低い純金属または合金である請求項.記載の核
融合炉第1壁の製作方法。
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1〜2図は本発明に基づく実施例を示す図で、第1
図は外周側面に金属箔を巻装した断面方形の複数の中空
管を並設し、その周側面に配設したシール用板状部材と
接合させる際の中空管の軸と垂直方向の横断面図、第2
図は第1図の一部拡大図である。第1〜2図において、
1は貫通孔、2は中空管、3,3′,4,4′はシール用板状
部材、5は金属箔、6は中空管角部である。
まず中空管2の外周側面に金属箔5を巻装する。その
際金属箔5の材質、厚さ、あるいは該金属箔5の用途に
対応させて巻き付ける回数を決定するが、いずれの場合
でも空隙を生じせしめないように中空管2と金属箔5と
の間および金属箔5相互間を密着させる。金属箔5を巻
装した中空管2を複数準備し、互いにその側面を接触さ
せた状態で配置する。次にその中空管2の上下面および
両側面にシール用板状部材3,3′,4,4′を配設し、また
中空管2の図示しない両端には、中空管2の貫通孔1の
内法よりも大きく外法よりも小さい寸法の窓部を有する
シール用板状部材を配設する。更に上記各シール用板状
部材3,3′,4,4′同士の接触部及び窓部材を有するシー
ル用板状部材の窓部と中空管2の両端部との接触部をそ
れぞれ電子ビーム等によって溶着した後、各シール用板
状部材で囲まれた部分を真空状態にし、上記各接触部を
溶接ビードによって完全に気密シールする。しかる後に
上記部材全体に熱間静水圧処理を施す。それによって互
いに接触する中空管2の側面間および各中空管2と各シ
ール用板状部材3,3′,4,4′と窓部を有するシール用板
状部材との接触面は冶金的に接合される。
その際中空管2はシール用板状部材の窓部を通じて外
部と連通させた状態にあるから中空管2の内外は同圧に
保持され、各中空管2の側面同士は各貫通孔1内の圧力
によって加圧され、また中空管2の側面と各シール用板
状部材3,3′,4,4′との接触面および中空管2の両端面
と窓部を有するシール用板状部材との接触面は外圧力を
受けて同様に冶金的に接合される。
熱間静水圧処理時の加圧力は部材全表面に亙って均一
に作用するために前記第1の従来技術例において説明し
たように接触する部材の板厚が相違する場合、あるいは
断面方形の中空管角部6等のごとく異なった剛性を有し
て接する部分は、それぞれの変形量が相違することによ
り完全な接合を行い得ない場合が生じたが、各接触面の
間にシール用板状部材と同一材質からなる金属箔5を挿
着することにより溶融状態に達した金属箔5が接触面の
間隙を完全に充填し、極めて精度が高くかつ接合強度の
優れた接合部を得ることが可能になる。
また中空管2に巻装する金属箔5にチタン(Ti)、ジ
ルコニウム(Zr)等の水素吸蔵性のある金属またはその
合金を使用し、あるいはチタン(Ti),アルミニウム
(Al)、銅(Cu)等のトリチウム透過速度の低い金属又
はその合金を使用して中空管とシール用板状部材との接
合を行うことにより、冷却壁は上記異種金属を挟着した
3層構造を形成する。冷却壁の母材であるステンレス鋼
に比べて前記の各異種金属はトリチウム透過速度が105
〜106程度であることから厚さ0.1mm程度の異種金属の挟
着によっても、プラズマ側表面から入射したトリチウム
が冷却材流路内を流れる冷却材中に侵入し、外部に放射
能が漏出するのを抑止することが可能になる。
また物理的性質が全く異なる異種金属を挟着したこと
により、冷却壁の母材か異種金属層のいずれかに亀裂等
の物理的破壊を生じた場合でも、残りの金属層によって
その破壊部が成長するのを阻止し得ると言う利点を有し
ている。
[発明の効果] 本発明は上記実施例において説明したように以下に示
す効果を有している。
板厚の異なる部材の接触部あるいは断面方形の中空管
の角部等、剛性の異なる部材の接触部を有する部材を熱
間静水圧処理によって接合させる際、従来剛性の相違に
基づく変形量の差によって生じていた接合強度不足の恐
れのある箇所に対して、金属箔を溶融充填させることに
より高精度、高強度の接合を得ることを可能にした。
金属箔に水素吸蔵性のある金属、あるいはトリチウム
透過速度の低い金属を使用することにより、核融合炉内
のトリチウムが冷却材中に透過侵入して外部に漏出する
のを抑止すると共に、物理的性質の異なる金属による多
層構造の採用により、クラック等の物理的破壊に対して
もそれが成長するのを抑止して、冷却壁全体としての健
全性および安全性を高め得ると言う効果を有している。
【図面の簡単な説明】
第1〜2図は本発明に基づく実施例を示す図で、第1図
は外周側面に金属箔を巻装した断面方形の複数の中空管
を並設し、その周側面に配設したシール用板状部材と接
合させる際の中空管の軸と垂直方向の横断面図、第2図
は第1図の一部拡大図である。 第3〜8図は従来技術の例である。 1……貫通孔、2……中空管、3,3′,4,4′……シール
用板状部材、5……金属箔、6……中空管角部、51……
貫通孔、52……中空部材、53,54,56……シール材、55…
…窓部、57……気密シール部、61……熱・粒子負荷、62
……表面板、63……冷却管、64……裏面板、71……プラ
ズマ側の壁、72……冷却材、73……冷却材通路、74……
液体金属層、75……液体金属、76……プレナム部、77…
…透過性隔膜、81,81′……板状体、82……金属粉末
層、83……シール材、84……溶接ビード、86……貫通
孔、87……積層材、88……パイプ。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】断面方形の中空管を並設した管群と、該管
    群の周側面に配設したシール用板状部材との接合に際し
    て、該中空管に金属箔を巻装して並設し、管群とシール
    用板状部材との接合部を低圧に保持すると共に気密にシ
    ールし、中空管の内外を連通させた状態で熱間静水圧処
    理を施すことを特徴とする核融合炉第1壁の製作方法。
  2. 【請求項2】中空管に巻装する金属箔の材質が、シール
    用板状部材の材質と同一である請求項1.記載の核融合炉
    第1壁の製作方法。
  3. 【請求項3】中空管に巻装する金属箔の材質が、水素吸
    蔵性のある純金属または合金である請求項1.記載の核融
    合炉第1壁の製作方法。
  4. 【請求項4】中空管に巻装する金属箔の材質が、トリチ
    ウム透過速度の低い純金属または合金である請求項1.記
    載の核融合炉第1壁の製作方法。
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