JP3006142B2 - Pellet injection device for fusion devices - Google Patents

Pellet injection device for fusion devices

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JP3006142B2
JP3006142B2 JP3110153A JP11015391A JP3006142B2 JP 3006142 B2 JP3006142 B2 JP 3006142B2 JP 3110153 A JP3110153 A JP 3110153A JP 11015391 A JP11015391 A JP 11015391A JP 3006142 B2 JP3006142 B2 JP 3006142B2
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Japan
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pipe
solid hydrogen
heat
pellet
injection
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顕 重中
充志 阿部
圭一郎 柴田
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は核融合装置のペレット入
射装置に係り、特に、ペレット射出動作中における固体
水素およびペレットの溶解を防止し、入射装置のペレッ
ト繰り返し射出性能を向上させる装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a pellet injection device for a nuclear fusion device, and more particularly to a device for preventing the dissolution of solid hydrogen and pellets during a pellet injection operation and improving the pellet repetition injection performance of the injection device.

【0002】[0002]

【従来の技術】核融合装置のペレット入射装置は、核融
合プラズマの水素同位体燃料を絶対温度10K程度の極
低温に冷却固化して固体水素ペレットを作り、さらにペ
レットを数Hzの頻度で核融合装置中心部に繰り返し射
出して、プラズマの密度を制御する装置である。
2. Description of the Related Art A pellet injection device of a nuclear fusion device cools and solidifies a hydrogen isotope fuel of a fusion plasma to an extremely low temperature of about 10 K to produce a solid hydrogen pellet. This is a device that controls the density of plasma by repeatedly emitting it to the center of the fusion device.

【0003】現在、ペレットを高圧ガスで射出する空気
銃方式が盛んに開発されており、従来の技術は、たとえ
ば、ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・アン
ド・テクノロジーA4巻3号(1986年)第1113頁
から1117頁(J.Vac.Sci.Technol.A4(3),19
86,PP1113−1117)に記載されている。図
2は上記文献で示されているペレット入射装置の固体水
素生成・射出部で、ペレット加速時の状態を示す。ノズ
ル8および固体水素生成部5は絶対温度10K程度の極
低温状態に冷却されており、ノズル8の中心部で固体水
素4を生成する。打ち抜きパイプ11によって打ち抜き
製造されたペレット3を加速ガス17が加速し、ペレッ
ト3は打ち抜きパイプ11内で加速され、数km/sの
速さで核融合装置にむかって飛んで行く。
At present, an air gun system for injecting pellets with a high-pressure gas is being actively developed. Pages 1113 to 1117 (J. Vac. Sci. Technol. A4 (3), 19
86, PP1113-1117). FIG. 2 shows a state in which the pellet is accelerated in the solid hydrogen generation / injection unit of the pellet injection device shown in the above-mentioned document. The nozzle 8 and the solid hydrogen generator 5 are cooled to an extremely low temperature of about 10 K in absolute temperature, and generate solid hydrogen 4 at the center of the nozzle 8. The accelerating gas 17 accelerates the pellets 3 punched and manufactured by the punching pipe 11, and the pellets 3 are accelerated in the punching pipe 11 and fly toward the fusion device at a speed of several km / s.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術で
は、図2の加速ガス供給管1および打ち抜きパイプ11
内を流れるペレット加速ガス17の熱が、ノズル8およ
び固体水素生成部5などの極低温部へ侵入することに対
して考慮されてなかったため、極低温部の温度上昇が起
こっていた。射出動作を繰り返すことによって温度上昇
は積算され、やがて極低温部の温度が固体水素4の液化
点(14K)に達し、固体水素4が溶解してペレットの
射出動作が継続できなくなる。
However, in the prior art, the accelerating gas supply pipe 1 and the punching pipe 11 shown in FIG.
Since the heat of the pellet accelerating gas 17 flowing through the inside was not taken into consideration to enter into the cryogenic part such as the nozzle 8 and the solid hydrogen generating part 5, the temperature of the cryogenic part increased. By repeating the injection operation, the temperature rise is integrated, and eventually the temperature of the extremely low temperature portion reaches the liquefaction point (14K) of the solid hydrogen 4, the solid hydrogen 4 dissolves, and the injection operation of the pellet cannot be continued.

【0005】本発明の目的は、固体水素の溶解を防止
し、固体水素ペレットの繰り返し射出性能を向上できる
核融合装置のペレット入射装置を提供することにある。
An object of the present invention is to prevent dissolution of solid hydrogen.
To improve the repetitive injection performance of solid hydrogen pellets
In Rukoto provide a pellet injection apparatus of a nuclear fusion device.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の特徴は、打ち抜きパイプは、固体水素生成部に取り
付けられる第1管状体内に、第1管状体との間に環状空
間を形成するように配置され、ガス供給管は、固体水素
生成部に取り付けられる第2管状体内に、第2管状体と
の間に環状空間を形成するように配置されたことにあ
In order to achieve the object of the present onset to achieve the above purpose
The feature of Ming is that the punched pipe is installed in the solid hydrogen generator.
An annular space is provided between the first tubular body and the first tubular body.
The gas supply pipe is arranged so as to form a space between the solid hydrogen
A second tubular body attached to the generator,
Are arranged so as to form an annular space between them.
You .

【0007】[0007]

【作用】打ち抜きパイプと第1管状体との間に環状空間
が形成され、ガス供給管と第2管状体との間に環状空間
が形成されるので、固体水素ペレット射出時に用いられ
る加速ガスの熱の固体水素生成部に伝わる量が環状空間
の存在によって抑制される。このため、固体水素生成部
で生成された固体水素の溶解が抑制でき、固体水素ペレ
ットの繰り返し射出頻度を増加できる。
An annular space is provided between the punched pipe and the first tubular body.
Is formed, and an annular space is provided between the gas supply pipe and the second tubular body.
Is used during injection of solid hydrogen pellets.
The amount of heat transferred from the accelerating gas to the solid hydrogen generator is
Is suppressed by the presence of Therefore, the solid hydrogen generator
Dissolution of the solid hydrogen generated in
The repetitive injection frequency of the kit can be increased.

【0008】[0008]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。Embodiments of the present invention will be described below.

【0009】図10にペレット入射装置27による核融
合装置25の密度制御の様子を示す。核融合装置25の
内部で水素同位体プラズマ26が核融合反応を起こして
おり、反応が進むにつれてプラズマ26の燃料密度が減
少し、新たな燃料補給が必要となる。そこで、燃料ガス
貯蔵装置28からペレット入射装置27に燃料ガスを送
って固体水素ペレット3を作り、さらに加速ガス貯蔵装
置29から加速ガスを送ってペレット3を高速射出す
る。入射装置27から射出されたペレット3は接続管3
0通って核融合装置25内に入り、プラズマ26の新た
な燃料となる。
FIG. 10 shows how the density of the nuclear fusion device 25 is controlled by the pellet injection device 27. The hydrogen isotope plasma 26 undergoes a nuclear fusion reaction inside the nuclear fusion device 25, and as the reaction proceeds, the fuel density of the plasma 26 decreases, and new fuel supply is required. Then, the fuel gas is sent from the fuel gas storage device 28 to the pellet injection device 27 to form the solid hydrogen pellets 3, and the acceleration gas is sent from the acceleration gas storage device 29 to eject the pellets 3 at high speed. The pellet 3 ejected from the injector 27 is connected to the connecting pipe 3.
The fuel passes through the fusion device 25 and becomes new fuel for the plasma 26.

【0010】図1は本発明によるペレット入射装置の固
体水素生成・射出部の一実施例の構造を示し、ペレット
3を射出した瞬間である。加速ガス供給管1および射出
管2およびガス排気部20の断熱性能は、強化されてい
る。
[0010] Figure 1 shows the structure of an embodiment of a solid hydrogen generation and injection of the pellet injection device according to the present invention, Ru der moment emitted pellets 3. Insulation performance of accelerating the gas supply pipe 1 and an injection pipe 2 and the gas exhaust unit 20 is enhanced.

【0011】装置の中心部にあるノズル8の内部で固体
水素4を生成する。熱交換器9および固体水素生成部5
は、冷却管6内に液体ヘリウムを流すことで、極低温状
態を維持している。電磁弁7はリザーバ10にためたペ
レット加速ガス17を加速ガス供給管1に送りこむため
の高速開閉動作弁である。また、打ち抜きパイプ11は
ペレット3を形造るための鋳型の役目と、射出するため
の銃身の役目の両方を兼ねる。ガス排気部20は、ペレ
ット射出動作終了後に残る加速ガスの残留分22を装置
外部に排気する部分である。加速ガス供給管1の内部に
内管13を設けている。外管31はステンレス鋼などの
金属で作り、加速ガス供給管1の機械的強度を維持す
る。一方、内管13はポリイミド樹脂や繊維強化樹脂な
どの、金属に対して十分の一以下の低熱伝導物質で作
り、内部空間に加速ガス17を流す。内管13と外管3
1とは直接接触しておらず、両者の間には断熱空間を設
けている。同様に、打ち抜きパイプ11と射出管2も直
接接触しない構造をとっている。さらにガス排気部20
に関しても、残留ガス22との接触表面を低熱伝導物質
で作った熱シールド19で覆っている。
[0011] Solid hydrogen 4 is generated inside a nozzle 8 at the center of the apparatus. Heat exchanger 9 and solid hydrogen generator 5
Keeps the cryogenic state by flowing liquid helium into the cooling pipe 6. The solenoid valve 7 is a high-speed opening / closing valve for sending the pellet accelerating gas 17 accumulated in the reservoir 10 to the accelerating gas supply pipe 1. Further, the punched pipe 11 has both a role of a mold for forming the pellets 3 and a role of a barrel for injecting the pellets 3. The gas exhaust part 20 is a part for exhausting the residual portion 22 of the accelerating gas remaining after the pellet injection operation to the outside of the apparatus. An inner pipe 13 is provided inside the acceleration gas supply pipe 1. The outer pipe 31 is made of a metal such as stainless steel, and maintains the mechanical strength of the acceleration gas supply pipe 1. On the other hand, the inner tube 13 is made of one tenth or less of a low heat conductive material such as a polyimide resin or a fiber reinforced resin, and flows an accelerating gas 17 into the internal space. Inner tube 13 and outer tube 3
1 is not in direct contact, and a heat insulating space is provided between the two. Similarly, the punched pipe 11 and the injection pipe 2 have a structure that does not directly contact. Further, the gas exhaust unit 20
Also, the surface in contact with the residual gas 22 is covered with a heat shield 19 made of a low thermal conductive material.

【0012】本実施例におけるペレットの射出動作につ
いて以下説明する。
The operation of injecting pellets in this embodiment will be described below.

【0013】まずノズル8内に燃料水素ガスを送りこ
む。次に熱交換器9の温度を調節してノズル8を水素の
固化温度(絶対温度14K)以下に冷却し、内部に充填
した水素ガスを冷却固化する。さらに、生成した固体水
素4をピストン18で押し下げ、ノズル8の下部でペレ
ットの大きさに断面変形しながら加速ガス供給管1およ
びペレット射出管4の接続部まで押し出す。押し出した
固体水素4に打ち抜きパイプ11を左にスライドさせて
パイプ11内に直径1〜5mm,長さ1〜5mmの円筒形ペ
レットを打ち抜き製造する。ペレット打ち抜き後、電磁
弁7を開いてリザーバ10にためていた高圧ガス17を
加速ガス供給管1に送りこむ。ペレット3は打ち抜きパ
イプ11内で加速され、数km/sの速さで核融合装置
に向かって飛んで行く。ペレット射出終了後、打ち抜き
パイプ11を、再び、右にスライドして元の位置に戻
す。加速ガス供給管1および打ち抜きパイプ11に残っ
ていた残留ガス22をガス排気部20を通して外部に排
気するとともに、固体水素4をピストン18で再び押し
出して、次の射出動作にひかえる。
First, fuel hydrogen gas is fed into the nozzle 8. Next, the temperature of the heat exchanger 9 is adjusted to cool the nozzle 8 below the solidification temperature of hydrogen (absolute temperature 14 K), and the hydrogen gas filled therein is solidified by cooling. Further, the generated solid hydrogen 4 is pushed down by the piston 18 and pushed out to the connection portion of the acceleration gas supply pipe 1 and the pellet injection pipe 4 while being deformed in cross section to the size of the pellet at the lower part of the nozzle 8. The punched pipe 11 is slid to the left in the extruded solid hydrogen 4 to punch and produce a cylindrical pellet having a diameter of 1 to 5 mm and a length of 1 to 5 mm in the pipe 11. After the pellets are punched out, the electromagnetic valve 7 is opened and the high-pressure gas 17 stored in the reservoir 10 is sent to the accelerating gas supply pipe 1. The pellet 3 is accelerated in the punching pipe 11 and flies toward the fusion device at a speed of several km / s. After the completion of the pellet injection, the punched pipe 11 is slid to the right again to return to the original position. The residual gas 22 remaining in the accelerating gas supply pipe 1 and the punching pipe 11 is exhausted to the outside through the gas exhaust part 20, and the solid hydrogen 4 is pushed out again by the piston 18 so as to be ready for the next injection operation.

【0014】以上の一連の動作を繰り返すことによっ
て、ペレット3の繰り返し射出を行う。
By repeating the above series of operations, the pellets 3 are repeatedly injected.

【0015】本実施例を用いた場合のペレット射出動作
時における加速ガス17の熱侵入の様子を図3を用いて
説明する。図3は図1の中心部の拡大図である。
The state of heat penetration of the accelerating gas 17 during the pellet injection operation using this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is an enlarged view of the central portion of FIG.

【0016】はじめに、ペレット射出時における熱侵入
について説明する。
First, heat penetration during pellet injection will be described.

【0017】図3において、加速ガス17は、ノズル8
および固体水素生成部5とは直接接していない内管13
の中を経由して打ち抜きパイプ11の中に入り込み、ペ
レット3を加速する。ペレット3が加速している間、内
管13および打ち抜きパイプ11は内部を通過する加速
ガス17から熱を受け取る。しかし、内管13を低熱伝
導物質で作ったため、内管13の受熱部からノズル8お
よび固体水素生成部5などの極低温部に向かう熱伝導現
象が抑制される。従来技術では加速ガス供給管1の外管
31がガス17の通過部であると同時に管の機械的強度
を保つ部分でもあり、従って、その材質は機械的強度を
保つためにステンレス鋼などを用いる必要があった。本
実施例では、内管13はガス17の圧力に耐える程度の
強度をもてば十分であるため、ステンレス鋼の十分の一
程度の熱伝導率しか持たない繊維強化樹脂(FRP)
や、百分の一以下の低熱伝導物質であるポリイミド樹脂
などを使用することができる。すなわち、従来と比較し
て、採用する材料各々の熱伝導率にしたがった断熱強化
が可能となる。さらに内管13と外管31との間に断熱
ギャップ部14をもうけたことで、構造的に極低温部へ
の熱伝導現象を抑制している。打ち抜きパイプ11と射
出管2との間にも断熱ギャップ14を設けることによっ
て同様の効果がある。
In FIG. 3, the accelerating gas 17 is supplied to the nozzle 8
And the inner pipe 13 not directly in contact with the solid hydrogen generator 5
And into the punched pipe 11 to accelerate the pellet 3. While the pellet 3 is accelerating, the inner pipe 13 and the punched pipe 11 receive heat from the accelerating gas 17 passing therethrough. However, since the inner tube 13 is made of a low heat conductive material, the heat conduction phenomenon from the heat receiving portion of the inner tube 13 to the extremely low temperature portion such as the nozzle 8 and the solid hydrogen generator 5 is suppressed. In the prior art, the outer tube 31 of the accelerating gas supply tube 1 is a portion through which the gas 17 passes and at the same time, a portion that maintains the mechanical strength of the tube. Therefore, the material is stainless steel or the like to maintain the mechanical strength. Needed. In the present embodiment, since the inner tube 13 has enough strength to withstand the pressure of the gas 17, a fiber reinforced resin (FRP) of stainless steel having only one-tenth of the thermal conductivity is sufficient.
Alternatively, a polyimide resin or the like having a low thermal conductivity of 1/100 or less can be used. That is, as compared with the related art, it is possible to enhance the heat insulation in accordance with the thermal conductivity of each of the materials used. Further, by providing the heat insulating gap portion 14 between the inner tube 13 and the outer tube 31, the heat conduction phenomenon to the cryogenic portion is structurally suppressed. The same effect can be obtained by providing the heat insulating gap 14 between the punched pipe 11 and the injection pipe 2.

【0018】なお、本実施例において、加速ガス供給管
1の内管13および打ち抜きパイプ11の受熱部は、加
速ガス17の熱が逃げにくいために温度上昇を起こす。
しかし、内管13は固体水素4に直接接触する部分では
ないので加速ガス17の熱によって温度が上昇しても固
体水素4の溶解の原因とはならない。さらに、打ち抜き
パイプ11に関しても、ペレット3が通過する時間が通
常1ms程度と短時間であること、および通過中ペレッ
ト3は打ち抜きパイプ11と接触しているペレット表面
が蒸発して断熱層を形成することなどから、打ち抜きパ
イプ11の温度上昇もペレット3の溶解の原因にはなら
ない。すなわち、熱が内管13および打ち抜きパイプ1
1に滞留してもペレットの射出動作には支障はない。
In the present embodiment, the temperature of the inner pipe 13 of the accelerating gas supply pipe 1 and the heat receiving portion of the punching pipe 11 rise because the heat of the accelerating gas 17 is hard to escape.
However, since the inner tube 13 is not a portion that is in direct contact with the solid hydrogen 4, even if the temperature rises due to the heat of the acceleration gas 17, it does not cause the solid hydrogen 4 to dissolve. Further, with respect to the punched pipe 11 as well, the time required for the pellet 3 to pass is usually as short as about 1 ms, and during the passage, the pellet 3 in contact with the punched pipe 11 evaporates to form a heat insulating layer. For this reason, the temperature rise of the punched pipe 11 does not cause the pellet 3 to be dissolved. That is, heat is applied to the inner pipe 13 and the punched pipe 1
Even if it stays at 1, there is no problem in the injection operation of the pellet.

【0019】以上、本実施例において、ペレット射出中
に生じる加速ガス17の熱エネルギ受熱部から極低温部
への熱の侵入量を低減することができる。熱侵入量が低
減することによって極低温部は、従来の冷却能力の範囲
あるいは若干の性能向上で熱除去が可能となり、従って
固体水素4の温度上昇を防ぐことができる。
As described above, in this embodiment, it is possible to reduce the amount of heat that the accelerating gas 17 incurs during the injection of pellets from the heat energy receiving portion to the cryogenic portion. By reducing the amount of heat penetration, heat can be removed from the cryogenic part within the range of the conventional cooling capacity or a slight improvement in performance, and therefore, the temperature rise of the solid hydrogen 4 can be prevented.

【0020】つぎに、ペレット射出終了後の熱侵入につ
いて述べる。
Next, the heat penetration after the completion of the pellet injection will be described.

【0021】打ち抜きパイプ11がもとの位置に戻り、
残留ガス22がガス排気部20に充満する。この場合に
も、熱シールド19が受熱部となることで、固体水素生
成部5への熱侵入量を低減する。従来技術における受熱
部表面が銅および銅合金であったことに比べると、本実
施例による熱シールド19の受熱部表面の熱伝導率は、
繊維強化樹脂を用いた場合は百分の一,ポリイミド樹脂
の場合は千分の一以下まで低減することができる。従っ
て、残留ガス22による熱侵入量を従来に比べると無視
できる程度まで防止でき、ペレット射出時と同様、熱侵
入は従来の冷却技術で除去可能となる。
The punched pipe 11 returns to its original position,
The residual gas 22 fills the gas exhaust unit 20. Also in this case, since the heat shield 19 serves as a heat receiving unit, the amount of heat entering the solid hydrogen generation unit 5 is reduced. Compared to the prior art in which the surface of the heat receiving portion is made of copper and a copper alloy, the heat conductivity of the surface of the heat receiving portion of the heat shield 19 according to the present embodiment is:
When the fiber reinforced resin is used, it can be reduced to 1/100, and when it is a polyimide resin, it can be reduced to 1/1000 or less. Therefore, the amount of heat penetration due to the residual gas 22 can be prevented to a negligible level as compared with the conventional case, and the heat penetration can be removed by the conventional cooling technique as in the case of pellet injection.

【0022】以上の効果より、ペレット入射装置に本実
施例を用いることで、ペレットの全射出動作中における
固体水素生成部5の温度上昇を抑制し、固体水素4の溶
解を防ぐことができる。この結果、従来以上の繰返し射
出頻度および射出数の向上を達成することができる。
From the above effects, by using the present embodiment in the pellet injection device, it is possible to suppress the temperature rise of the solid hydrogen generator 5 during the entire pellet injection operation and prevent the solid hydrogen 4 from being dissolved. As a result, it is possible to achieve an improvement in the frequency of repeated injections and the number of injections as compared with the related art.

【0023】本発明の他の実施例である加速ガス供給管
1およびペレット2射出管の構造を図4および図5を用
いて説明する。
The structure of an acceleration gas supply pipe 1 and a pellet 2 injection pipe according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

【0024】図4において、内管13を低熱伝導物質で
作ることに加えて、さらに断熱ギャップ部14を真空状
態にすること、もしくは、低熱伝導物質を充填すること
もしくは液体ヘリウムなどの冷媒を充填することによっ
て加速ガス供給管1の断熱効果を高める事ができる。
断熱ギャップ部14を積極的に真空状態にすることで内
管13から外管31への熱伝導をほぼ完全に防ぐことが
できる。また、低熱伝導物質を充填したり、単に空間を
設けているだけでも従来の金属熱伝導よりも十分の一以
下の断熱性能が達成できる。さらには、液体ヘリウムな
どの冷媒を充填したり、外界との間を循環させることに
よって、除熱も可能である。その結果、加速ガス供給管
1の内管13が加速ガス17から受け取った熱が極低温
部へ侵入する経路を、図中のパイプストッパ12の部分
に限定させ、熱伝導をさらに抑制することが可能であ
る。ストッパ12に低熱伝導物質を用いることによって
さらに断熱効果を高めることが可能であり、以上の結果
として、加速ガス供給管1から固体水素生成部5および
ノズル8などの極低温部への熱侵入をさらに抑制するこ
とができる。
In FIG. 4, in addition to forming the inner tube 13 from a low heat conductive material, the heat insulating gap portion 14 is further evacuated or filled with a low heat conductive material or filled with a refrigerant such as liquid helium. By doing so, the heat insulating effect of the acceleration gas supply pipe 1 can be enhanced.
The heat conduction from the inner tube 13 to the outer tube 31 can be almost completely prevented by positively setting the heat insulating gap portion 14 to a vacuum state. Further, even if a low heat conductive material is filled or a space is simply provided, a heat insulating performance of one tenth or less than that of conventional metal heat conduction can be achieved. Further, heat can be removed by charging a refrigerant such as liquid helium or circulating the refrigerant with the outside world. As a result, the path through which the heat received from the accelerating gas 17 by the inner pipe 13 of the accelerating gas supply pipe 1 enters the cryogenic portion is limited to the portion of the pipe stopper 12 in FIG. It is possible. By using a low thermal conductive material for the stopper 12, it is possible to further enhance the heat insulating effect. As a result, heat intrusion from the accelerating gas supply pipe 1 to the cryogenic parts such as the solid hydrogen generator 5 and the nozzle 8 can be prevented. It can be further suppressed.

【0025】図5においても、打ち抜きパイプ11を低
熱伝導物質で作ることで断熱効果を高めることができ
る。その結果、ガスから受け取った熱が極低温部へ伝わ
る侵入路は固体水素4を打ち抜く先端部に限定され、加
速ガス供給管1と同様の断熱効果を達成することができ
る。
Also in FIG. 5, the heat insulating effect can be enhanced by forming the punched pipe 11 from a low heat conductive material. As a result, the intrusion path through which the heat received from the gas is transmitted to the cryogenic portion is limited to the tip end for punching out the solid hydrogen 4, and the same heat insulating effect as the accelerating gas supply pipe 1 can be achieved.

【0026】以上の結果より、二実施例をともに組み合
わせることで、加速ガス17からの熱侵入による固体水
素4の溶解を防ぐことができる。
From the above results, the combination of the two embodiments can prevent the solid hydrogen 4 from dissolving due to heat penetration from the accelerating gas 17.

【0027】図6に本発明の他の実施例を示す。本実施
例は、図3の実施例に加えて、さらに内管13が得た熱
がストッパ12経由で極低温部へ侵入することを防止す
ることを目的としている。図中、ストッパ12は内管1
3とのみ接合し、加速ガス供給管1の外管31とは接触
させていない。ストッパ12と外管31との間にも断熱
ギャップ部14を設ける。従って内管13の受熱部から
侵入した熱はストッパ12に滞留し、外管31および極
低温部への熱伝導を防止できる。本構造では断熱ギャッ
プ部に冷媒を充填することは不可能だが、真空断熱を施
すことは可能であるため、真空断熱と上述の熱の滞留効
果とを合わせることによって極低温部への熱の侵入を図
3と比較してさらに抑制することができる。
FIG. 6 shows another embodiment of the present invention. This embodiment aims to prevent the heat obtained by the inner tube 13 from entering the cryogenic portion via the stopper 12 in addition to the embodiment of FIG. In the figure, the stopper 12 is the inner tube 1
3 and not in contact with the outer pipe 31 of the acceleration gas supply pipe 1. A heat insulating gap 14 is also provided between the stopper 12 and the outer tube 31. Therefore, the heat that has entered from the heat receiving portion of the inner tube 13 stays in the stopper 12, and heat conduction to the outer tube 31 and the cryogenic portion can be prevented. With this structure, it is impossible to fill the heat insulation gap with the refrigerant, but it is possible to apply vacuum heat insulation, so that heat can enter the cryogenic part by combining vacuum heat insulation with the above-mentioned heat retention effect. Can be further suppressed as compared with FIG.

【0028】図7に本発明の他の実施例を示す。本実施
例は、図3で示した構造に加えて、加速ガス供給管1お
よびペレット射出管2とノズル8および固体水素生成部
5との間にも外側断熱ギャップ部23を設けることで、
加速ガス17の熱侵入をさらに抑制している。外側断熱
ギャップ部23は、単なる真空断熱空間にしたとして
も、低熱伝導物質を充填した場合でも、従来技術におけ
る外管31およびペレット射出管2と極低温部との間の
熱伝導率を十分の一以下に低減することができる。すな
わち、加速ガス供給管1の外管および射出管2に侵入し
てきた熱を極低温部へ送らずに滞留させることができ
る。さらには、たとえば断熱ギャップ部14に冷媒を充
填することによって、内管13の熱のみならずストッパ
12およびストッパ12と接合している外管31の熱も
極低温部へ侵入する前に除去することができる。
FIG. 7 shows another embodiment of the present invention. In this embodiment, in addition to the structure shown in FIG. 3, by providing the outer heat insulating gap 23 between the acceleration gas supply pipe 1 and the pellet injection pipe 2, the nozzle 8, and the solid hydrogen generator 5,
The heat penetration of the acceleration gas 17 is further suppressed. The outer heat insulating gap portion 23 has a sufficient heat conductivity between the outer tube 31 and the pellet injection tube 2 and the cryogenic portion in the prior art, even if it is simply a vacuum heat insulating space or is filled with a low heat conductive material. It can be reduced to one or less. That is, heat that has entered the outer pipe of the acceleration gas supply pipe 1 and the injection pipe 2 can be retained without being sent to the cryogenic part. Further, for example, by filling the heat insulating gap portion 14 with a refrigerant, not only the heat of the inner tube 13 but also the heat of the stopper 12 and the outer tube 31 joined to the stopper 12 are removed before entering the cryogenic portion. be able to.

【0029】図8に本発明の他の実施例を示す。本実施
例は加速ガス供給管1のみならず打ち抜きパイプ11が
得た熱も、外部から冷媒を流して除去することを目的と
している。図8で示した構造に加えて、冷却管6を加速
ガス管1および射出管2の外側に設けている。加速ガス
供給管1の先端部は、内管13と外管31とを直接接合
させて、熱伝導を良くしている。また、打ち抜きパイプ
11と射出管2も直接接触させて、熱伝導を良くしてい
る。この構造をとることで、ペレット射出中に加速ガス
管1およびストッパ12および打ち抜きパイプ11が温
度上昇しても、冷却管6に冷媒を流すことによって、固
体の熱伝導性の良さを利用して冷却できる構造となって
いる。本実施例によって、受熱部から極低温部へ向かう
熱の大部分を除去することができる。
FIG. 8 shows another embodiment of the present invention. The purpose of this embodiment is to remove not only the heat obtained from the acceleration gas supply pipe 1 but also the heat obtained by the punching pipe 11 by flowing a refrigerant from the outside. In addition to the structure shown in FIG. 8, a cooling pipe 6 is provided outside the acceleration gas pipe 1 and the injection pipe 2. The tip of the accelerating gas supply pipe 1 directly joins the inner pipe 13 and the outer pipe 31 to improve heat conduction. Further, the punched pipe 11 and the injection pipe 2 are also brought into direct contact to improve heat conduction. With this structure, even if the temperature of the accelerating gas pipe 1, the stopper 12, and the punched pipe 11 rise during injection of the pellet, the coolant flows through the cooling pipe 6 to take advantage of the good thermal conductivity of the solid. It has a structure that can be cooled. According to the present embodiment, most of the heat from the heat receiving section to the cryogenic section can be removed.

【0030】図9に本発明の他の実施例を示す。本実施
例は熱シールド19に侵入した残留ガス22の熱をも外
部へ除去することを目的とする。低熱伝導率物質で作っ
た熱シールド19と固体水素生成部5との間に冷媒だめ
24を設ける。冷媒だめ24は液体ヘリウムなどを貯蔵
することができ、外界から注入できる構造にする。ペレ
ット射出動作中、冷媒を循環させることによって、残留
ガス22から受け取った熱シールド19の熱を外部に除
去することができる。
FIG. 9 shows another embodiment of the present invention. The purpose of this embodiment is to also remove the heat of the residual gas 22 that has entered the heat shield 19 to the outside. A coolant reservoir 24 is provided between the heat shield 19 made of a low thermal conductivity material and the solid hydrogen generator 5. The refrigerant sump 24 has a structure that can store liquid helium and the like and can be injected from the outside. By circulating the refrigerant during the pellet injection operation, the heat of the heat shield 19 received from the residual gas 22 can be removed to the outside.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明によれば、固体水素生成部への加
速ガスの熱侵入を抑制でき、ペレット射出動作中の固体
水素の溶解を防ぐことができる。従って、運転時間が数
百秒の実用炉に必要な数百〜千個の繰り返しペレット射
出が可能となる。また、射出に必要なガス放出総量を増
加することが可能となり、ペレットのより高速射出が実
現できる。さらに、繰り返し射出数を増加できるため、
小さなペレットを高頻度で炉に供給することが可能とな
り、従来と比較してより安定したプラズマの密度制御が
可能となる。
According to the present invention, heat penetration of the accelerating gas into the solid hydrogen generation section can be suppressed, and dissolution of solid hydrogen during the pellet injection operation can be prevented. Therefore, it is possible to repeatedly inject hundreds to thousands of pellets required for a practical furnace having an operation time of several hundred seconds. In addition, it is possible to increase the total amount of gas release required for injection, thereby realizing higher-speed injection of pellets. Furthermore, since the number of repeated injections can be increased,
Small pellets can be supplied to the furnace with high frequency, and more stable plasma density control than in the past can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す固体水素生成・射出部
の断面図。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a solid hydrogen generation / injection section showing one embodiment of the present invention.

【図2】従来のペレット入射装置の固体水素生成・射出
部の断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a solid hydrogen generation / injection section of a conventional pellet injection device.

【図3】本発明のペレット入射装置の一実施例の断面
図。
FIG. 3 is a sectional view of an embodiment of the pellet injection device of the present invention.

【図4】本発明の一実施例である加速ガス管の断面図。FIG. 4 is a sectional view of an accelerating gas pipe according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施例である射出管の断面図。FIG. 5 is a sectional view of an injection tube according to an embodiment of the present invention.

【図6】本発明のペレット入射装置の第二の実施例の断
面図。
FIG. 6 is a sectional view of a second embodiment of the pellet injection device of the present invention.

【図7】本発明のペレット入射装置の第三の実施例の断
面図。
FIG. 7 is a sectional view of a third embodiment of the pellet injection device of the present invention.

【図8】本発明のペレット入射装置の第四の実施例の断
面図。
FIG. 8 is a sectional view of a fourth embodiment of the pellet injection device of the present invention.

【図9】本発明のペレット入射装置の第五の実施例の断
面図。
FIG. 9 is a sectional view of a fifth embodiment of the pellet injection device of the present invention.

【図10】ペレット入射装置による核融合装置のプラズ
マ密度制御の様子を示す説明図。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing a state of plasma density control of a nuclear fusion device by a pellet injection device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…加速ガス供給管、2…ペレット射出管、5…固体水
素生成部、8…ノズル、12…ストッパ、13…内管、
14…断熱ギャップ部、17…加速ガス、19…熱シー
ルド、20…ガス排気部、23…外側断熱ギャップ部。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Acceleration gas supply pipe, 2 ... Pellet injection pipe, 5 ... Solid hydrogen generation part, 8 ... Nozzle, 12 ... Stopper, 13 ... Inner pipe,
14: adiabatic gap, 17: accelerating gas, 19: heat shield, 20: gas exhaust, 23: outer adiabatic gap.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平2−110897(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G21B 1/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References Japanese Utility Model 2-110897 (JP, U) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G21B 1/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 冷媒で冷却される固体水素生成部と、前記
固体水素生成部で生成された固体水素を打ち抜いて固体
水素ペレットを作成し、射出時に前記固体水素ペレット
を核融合装置側に導く打ち抜きパイプと、前記固体水素
ペレットの射出時に前記打ち抜きパイプ内に加速ガスを
供給するガス供給管と、前記固体水素ペレットの射出後
に前記固体水素生成部内に残留する前記加速ガスを排出
するガス排気部とを備えた核融合装置のペレット入射装
置において、 前記打ち抜きパイプは、前記固体水素生成部に取り付け
られる第1管状体内に、前記第1管状体との間に環状空
間を形成するように配置され、前記ガス供給管は、前記
固体水素生成部に取り付けられる第2管状体内に、前記
第2管状体との間に環状空間を形成するように配置され
たことを特徴とする核融合装置のペレット入射装置。
1. A solid hydrogen generator cooled by a refrigerant and solid hydrogen pellets produced by punching out the solid hydrogen generated by the solid hydrogen generator, and the solid hydrogen pellets are guided to the nuclear fusion device during injection. A punching pipe, a gas supply pipe for supplying an accelerating gas into the punching pipe during injection of the solid hydrogen pellets, and a gas exhaust unit for discharging the accelerating gas remaining in the solid hydrogen generator after the injection of the solid hydrogen pellets In the pellet injection device for a nuclear fusion device, the punched pipe is disposed in a first tubular body attached to the solid hydrogen generator, so as to form an annular space with the first tubular body. The gas supply pipe is arranged in a second tubular body attached to the solid hydrogen generating section so as to form an annular space between the gas supply pipe and the second tubular body. And a pellet injection device for a fusion device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100351951C (en) * 2005-04-11 2007-11-28 中国科学院等离子体物理研究所 Mode for inpouring fuel into future tokamak type thermonuclear reactor power station

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