JP3152955B2 - ダイバータ板の非破壊検査方法 - Google Patents

ダイバータ板の非破壊検査方法

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武司 小林
誠一郎 山崎
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隆昌 緒方
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    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

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  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は核融合炉内に設置される
ダイバータ板の製造時あるいは供用中における非破壊検
査方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ダイバータ板の構造は炭素複合材等の炭
素材料によって保護タイルを形成し、図4に示すように
保護タイル31と冷却管32とを直接ろう付け接合する
か、あるいは図5に示すように保護タイル31と銅ブロ
ック33とをろう付け接合する構造が有望とされてい
る。
【0003】ダイバータ板は10MW/m2以上の高い
熱流束を定常的に受けて温度が上昇するが、保護タイル
の表面温度は1000℃程度以下に抑えることが要求さ
れている。このため炭素材料製保護タイルと銅製冷却管
間、あるいは炭素材料製保護タイルと銅製ブロック間の
ろう付け部の接合状態を良好に保持して接合部の熱抵抗
を十分小さくする必要がある。この接合状態を製造時お
よび/あるいは供用中に検査する方法として従来は、
破壊検査方法 超音波探傷法による検査方法等の方
法が検討されてきた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の方法は、それぞれ下記の点において不具合を有するも
のであった。
【0005】まず破壊検査方法においては、 製品と
して完成しているダイバータ板自体を全て破壊して接合
状態を検査することは現実には不可能である。 供用
中に熱サイクルを受けて接合部が変化し、欠陥が発生し
た場合に、それを発見し、あるいはその部位を特定する
ことが困難である。
【0006】また超音波探傷法による検査方法において
は、 炭素材料は超音波の減衰が大きく、検出感度が
非常に悪い。 炭素材料(炭素複合材)は非均質かつ
多孔質材料であるため、超音波の乱反射等が生じて検出
を困難にする。供用中に検査を行うには、放射線場で
ある炉内に検出器を遠隔操作によって持ち込み、ダイバ
ータ板表面に接触させて計測を行うため、手順が非常に
複雑となる。
【0007】本発明はこのような不具合を解消し、簡潔
な構成と低廉な設備費とによって製造時あるいは供用中
のダイバータ板の保護タイルと冷却管あるいは冷却ブロ
ックとの接合部の接合状態を非破壊で、かつ的確に検査
する方法を提供することを目的としている。
【0008】上記の目的は前記特許請求の範囲に記載さ
れたダイバータ板の非破壊検査方法によって達成され
る。すなわち、核融合炉内の所定の位置に、製品として
完成した形に組み立てられた状態のベーキング系を有
、炭素系材料製の保護タイルと該保護タイル中に銅製
の冷却管を貫入して接合した構造のダイバータ板、ある
いは炭素系材料製の保護タイルと銅製の冷却ブロックと
を接合した構造のダイバータ板において、上記ダイバー
タ板に付随して設けられているベーキング系を利用して
前記保護タイルを冷却管あるいは冷却ブロック等の冷却
部材側から加熱し、各被加熱保護タイルの温度上昇速度
を放射温度計等によって測定し、該測定データと、検査
に先立って予め測定しておいた各保護タイルについての
接合部の接合状態と温度上昇速度の関係を求めたデータ
とを対比することによって保護タイルと冷却部材間の
合部の接合状態を検査するダイバータ板の非破壊検査方
法である。
【0009】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。
【0010】ダイバータ板は図4に示す保護タイル31
中に銅製の冷却管(以下銅管と言う。)32を貫入して
ろう付けして接合する場合、あるいは図5に保護タイル
31と銅製のブロック(以下銅ブロックと言う。)33
をろう付けする場合のいずれにおいても、炉内側には3
0mm角程度の表面積と10mm程度の厚みを有する炭
素系材料製の保護タイル31を有し、該保護タイル31
の裏面側を銅管32あるいは銅ブロック33とろう付け
し、銅管32内あるいは銅ブロック33内に冷却水を通
過せしめることによって、保護タイル31表面温度を1
000℃以下に保持させている。
【0011】保護タイル31と銅管32あるいは銅ブロ
ック33との接合は、通常真空ろう付け法によって行う
が、その際稀に完全な接合が行われないことがある。ま
た核融合炉の供用中は繰り返し生ずる熱サイクルによっ
て炭素材料製保護タイル31と銅製冷却部との接合部が
それぞれの熱膨張差によって剥離する可能性がある。
【0012】図1は本発明に基づいて上記のダイバータ
板の保護タイルと銅製冷却部との接合部を非破壊検査す
る方法の概略系統を示す図で、1はダイバータ板、2は
温度計、3はベーキング系、4はヒータ、5は循環ポン
プ、6はクーラ、7〜10は止弁である。
【0013】核融合炉の供用中は図1の止弁7及び止弁
8を開き、止弁9及び止弁10を閉止してダイバータ板
1の冷却系を構成する。すなわち循環ポンプ5から吐出
された低温の冷却水はダイバータ板1内に流入してプラ
ズマ側からの高い熱流束を受けて温度を上昇させたダイ
バータ板を冷却し、自身の温度を上昇させてクーラ6内
に入る。クーラ6内で他の媒体と熱交換され温度を低下
させた冷却水は再び循環ポンプ5によって加圧され、ダ
イバータ板1に送入される。
【0014】一方、核融合炉の供用中は炉内を高い真空
度に保持する必要がある。そのためダイバータ板1の据
え付け時にダイバータ板1を高温ガスあるいは熱水によ
って約200〜300℃程度に加熱し、表面に残留して
いるガス等をパージするが、その際図1における止弁7
及び止弁8を閉止し、止弁9及び止弁10を開いてベー
キング系3を構成させ、該ループ内の冷却水をヒータ4
によって昇温しながら循環することによってダイバータ
板1を加熱し、上記のガス等のパージを行うことが考え
られている。
【0015】本発明に基づいてダイバータ板1の接合部
の検査を行う場合、まずダイバータ板1の冷却系を上記
のベーキング系3に切り替える。次いで循環ポンプ5を
駆動して冷却水を系内に循環させながらヒータ4を稼働
し、循環する冷却水を昇温させる。それに伴ってダイバ
ータ板1は冷却部材側から保護タイル31側に熱が伝達
され、保護タイル31の炉内側表面の温度が上昇して来
る。
【0016】それと同時に炉内には放射型等の温度計2
がすべてのダイバータ板1の表面温度を測定し得るよう
にロボット等によって移動および首振り自在に掴持して
配設する。
【0017】保護タイル31と冷却部材との接合が十分
に行われている場合には、保護タイル31の表面温度の
上昇はほぼ一様に行われるが、接合部の一部が剥離して
いる場合にはその部分の熱伝達が阻害され、保護タイル
31の表面温度の上昇速度が低下する。しかしその場合
でも冷却部材側からの加熱を長時間継続することによっ
て最終的にはすべての保護タイル31の表面温度はほぼ
一様になる。
【0018】従って本発明においては、上述の接合部材
の状態によって温度上昇速度に差を生ずる加熱初期の保
護タイル31の表面温度上昇速度を検出し、該温度上昇
速度と、検査に先立って予め測定しておいた接合状態と
温度上昇速度のデータとを対比して接合部の状態を把握
し、当該保護タイル31が十分に健全であるか、多少の
剥離が認められるがまだ十分安全な許容範囲にあるか、
あるいは速やかに取り替えを必要とするか等の判定を行
うものである。
【0019】保護タイル31が前述のように小ブロック
に分割されている構造の場合には、上記の方法によって
不具合保護タイル31を特定することで、十分に精度良
くダイバータ板1の健全性の確認を行うことが可能であ
る。
【0020】尚、ダイバータ板1の加熱に際しては上記
のベーキング系による加熱以外に高温のガスや電気的加
熱等を利用しても良いし、また冷却部材側からの加熱に
よって昇温した保護タイル31表面の温度の測定に、熱
電対等の接触型測定装置を利用し得ることは勿論であ
る。
【0021】本願発明者等は出願に先立って、ダイバー
タ板の保護タイルと冷却部材とのろう付け接合部の接合
状態によって、熱の伝達状態がどのように相違するかを
実験的に確認したので、以下にその結果を説明する。
【0022】(1)実験方法 本実験に供した試験片は銅(無酸素銅)と炭素系材料
(CX−2002U)のろう付け試験片で、それぞれ縦
21mm×横23mm×厚さ10mmの寸法を有してい
る。下部に銅試験片、上部に炭素材試験片を位置させ、
接合界面には剥離剤(ボロンナイトライド)を部分的に
塗布し、接合率を異にした試験片をNo.1,No.2
の2体製作した。各試験片の接合率はNo.1を約45
%、No.2を約80%とした。
【0023】試験は図2に示すように約60℃に加熱し
た鋼のブロック(熱源)21上に2体の試験片22,2
3を銅が下になるように並べて置き、加熱面の反対側で
ある炭素材側から赤外線カメラ24で観察を行った。こ
れにより、銅側からろう付け接合界面25に直交する方
向に生ずる熱伝達による炭素材の表面温度の変化の様子
を観察した。使用した赤外線観察装置は、3.0〜5.
4μmの赤外線を観察することが可能で、1秒間に20
画像を取り込め、最高0.1℃の温度分解能を有するも
のを使用した。
【0024】(2)実験結果 試験開始後約3秒後、赤外線カメラ24側の炭素材
試験片の表面温度はNo.1試験片22が約20℃、N
o.2試験片23が約25℃であった。 図3は、各
試験片の温度変化の様子を表したもので、横軸が時間
(1目盛り10秒)、縦軸が温度(0℃〜40℃)を示
している。図から明らかなように、2つの試験片で温度
上昇率が異なり、No.1試験片22が約0.85℃/
秒(図における曲線22′)、No.2試験片23が約
1.4℃/秒(図における曲線23′)で接合率の高い
方が温度上昇が速いことが分かる。以上接合率の異なる
2個の試験片について銅側から加熱を行い、反対側にあ
る炭素材側から観察を行った結果、接合率によって温度
上昇率が異なり、接合率の良好なものほど温度上昇が速
いことを確認した。
【0025】
【発明の効果】このように本発明によれば上記実施例に
おいて説明したように、下記に示す効果を奏する。
ダイバータ板製造時の保護タイルの接合状態を容易に非
破壊で検査し得る。 供用中のダイバータ板の保護タ
イルの接合状態を容易に非破壊で検査し得る。 供用
中の検査は、ベーキング系を利用してダイバータ板を加
熱し得る為、特殊な装置を新設する必要がなく、低いコ
ストで実施し得る。 供用中に同一保護タイルの温度
上昇速度を前回検査時の値と比較することにより、運転
による接合状態の変化を容易に知ることが可能になる。
温度の検出を放射温度計等の遠隔装置によって行い
得るため、極めて簡単な手順で実施し得る。 保護タ
イルの材質、構造等に依存することなく測定を行うこと
が可能である。
【0026】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づくダイバータ板の非破壊検査方法
の概略系統を示す図である。
【図2】本願発明者等が行った実験の概要を示す図であ
る。
【図3】実験結果を示す図である。
【図4】保護タイルと銅管を直接ろう付けしたダイバー
タ板の部分斜視図である。
【図5】保護タイルを銅ブロックを介して接合したダイ
バータ板の部分斜視図である。
【符号の説明】
1 ダイバータ板 2 温度計 3 ベーキング系 4 ヒータ 5 循環ポンプ 6 クーラ 7 止弁 8 止弁 9 止弁 10 止弁 21 熱源 22 No.1試験片 22′No.1試験片の温度曲線 23 No.2試験片 23′No.2試験片の温度曲線 24 赤外線カメラ 25 ろう付け接合界面 31 保護タイル 32 銅管 33 銅ブロック
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 緒方 隆昌 兵庫県神戸市中央区東川崎町3丁目1番 1号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者 平澤 英幸 兵庫県神戸市中央区東川崎町3丁目1番 1号 川崎重工業株式会社神戸工場内 (56)参考文献 特開 昭62−24180(JP,A) 特開 昭60−162591(JP,A) 特開 昭63−159741(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01M 19/00 G01N 25/72 G21B 1/00 EPAT(QUESTEL) JICSTファイル(JOIS)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 核融合炉内の所定の位置に、製品として
    完成した形に組み立てられた状態の、ベーキング系を有
    、炭素系材料製の保護タイルと該保護タイル中に銅製
    の冷却管を貫入して接合した構造のダイバータ板、ある
    いは炭素系材料製の保護タイルと銅製の冷却ブロックと
    を接合した構造のダイバータ板において、上記ダイバータ板に付随して設けられているベーキング
    系を利用して 前記保護タイルを冷却管あるいは冷却ブロ
    ック等の冷却部材側から加熱し、 各被加熱保護タイルの温度上昇速度を放射温度計等によ
    って測定し、 該測定データと、検査に先立って予め測定しておいた各
    保護タイルについての接合部の接合状態と温度上昇速度
    の関係を求めたデータとを対比することによって保護タ
    イルと冷却部材間の接合部の接合状態を検査することを
    特徴とするダイバータ板の非破壊検査方法。
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CN106356103B (zh) * 2015-03-06 2017-11-10 中国科学院合肥物质科学研究院 一种核聚变舱内视觉探测装置的控制方法
CN116516317B (zh) * 2023-04-12 2023-12-15 江苏微导纳米科技股份有限公司 一种载体舟、处理设备以及载体舟内压降控制方法

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