JP4647746B2 - 熱的に高負荷可能の構造部材 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核融合炉の第一壁用のダイバータプレートに使用されるような、少なくとも１つの区分がタングステン合金製であって、複数の区分から成る熱的に高負荷可能の構造部材に関する。なお、本発明の適用は、前記ダイバータプレートに限定されるものではなく、熱的に高負荷となるような他の構造部材にも適用できる。
【０００２】
【従来の技術】
例えば核融合炉の第一壁用のダイバータプレートは、熱的に高負荷可能の構造部材である熱シールドと、冷却用のヒートシンクとを備え、一般に複合部材として形成されている。プラズマの当たる側面は、熱シールドとして作用し、グラファイト又はタングステンやモリブデンのような金属材料のような融点が高く熱伝導率の優れた材料から形成されている。この部材の熱シールドと接する部分は、中実のブロック状のヒートシンクとして、或いは冷却材で貫流される、例えば銅又は銅合金のような融点が著しく低く熱伝導率の良好な材料から成る能動的に冷却されるヒートシンクとして形成されている。
【０００３】
特にタングステン又はタングステン合金はその高い質量数、良好な熱伝導率及び全ての金属中で最も高いその融点の故に、熱高負荷性の部材、特に核融合炉のダイバータに使用するのに極めて適している。純タングステン及び一部がタングステン合金であることの欠点は、それらが比較的に高い延性−脆性転移温度を有する脆性の材料であることにある。このような特性の故に、これらの材料は、上記の熱的に高負荷可能の部材にしばしば生じるような熱衝撃負荷の際に、極めて亀裂ができやすく、従ってタングステン及びタングステン合金は、これまで熱的に高度に要求される部材にはあまり使用されていない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って本発明の課題は、核融合炉の第一壁用のダイバータプレートに使用されるような、熱的に高負荷可能の構造部材において、その熱衝撃耐力を適切な措置により著しく改善することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この課題は本発明によれば、複数の区分から成る熱的に高負荷可能の構造部材において、前記複数の区分の内、少なくとも１つの区分がタングステン合金製であって、中実ではなく、複数の薄板の積層体として形成されており、前記タングステン合金は、０．３〜５容量％の酸化ランタン、残りタングステンからなる合金とすることにより解決される。このような構成により、前記タングステン合金から成る部材の厚さが比較的薄いために、比較的高い比熱衝撃負荷を耐えることができるようになる。
【０００６】
特に好ましい実施態様では、前記薄板は、それぞれ０．１〜２ｍｍの厚さで形成される。
【０００７】
タングステン合金としては特に、０．３〜５容量％の酸化ランタン、残りタングステンから成る合金（粒子硬化合金）が選択されるが、純タングステンに比べて、この合金を使用した場合、更にこの材料により亀裂の形成及び亀裂の拡大の著しい低減が達成される。
【０００８】
本発明の特に有利な実施態様では、前記構造部材は、核融合炉の第一壁用のダイバータプレートに使用される構造部材であり、前記ダイバータプレートは、全側面を前記タングステン合金製の複数の薄板の積層体により囲まれている、銅又は銅合金製の冷却材導通管を有し、自然冷却ではなく強制的に冷却される構成を備える。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明を一実施例及び図面に基づき以下に詳述する。
【００１０】
図１の核融合炉用の能動的に冷却される部材は銅合金から成る冷却材導通管１と、この銅導管の全側面を囲む、酸化ランタン１容量％、残りタングステンのタングステン合金製の熱シールド２とから成り、以下のようにして製造される。
【００１１】
タングステン合金から成る厚さ０．５ｍｍの金属板から、導管を収容する孔を切断及び打ち抜くことにより、個々のタングステン薄板３を製造する。オーストリア特許第４００９０９号明細書に記載の方法により、これらの各薄板３を一つの装置内で厚さ１０ｍｍの積層体に積み重ね、その冷却孔を真空中で厚さ０．５ｍｍの銅層４で裏打ちする。こうして得られたタングステン合金から成る薄板の積層体を高真空ろう付けにより、銅合金から成る連続する管１と機械的、熱的に安定に結合する。このようにして製造された部材の熱衝撃負荷時の亀裂形成特性をテストした。２０ＭＷ／ｍ2までの熱流を１０００サイクル以上熱循環さ せたが、タングステン合金の薄板の積層体は破壊されることなく耐えることが判明している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の部材の一実施例を示す断面図。
【符号の説明】
１ 冷却材導通管
２ 熱シールド
３ タングステン薄板
４ 銅層

Claims (4)

  1. 複数の区分から成る熱的に高負荷可能の構造部材において、前記複数の区分の内、少なくとも１つの区分がタングステン合金製であって、中実ではなく、複数の薄板の積層体として形成されており、前記タングステン合金は、０．３〜５容量％の酸化ランタン、残りタングステンからなる合金とすることを特徴とする熱的に高負荷可能の構造部材。
  2. 前記薄板はそれぞれ０．１〜２ｍｍの厚さから成ることを特徴とする請求項１記載の構造部材。
  3. 核融合炉の第一壁用のダイバータプレートに使用される構造部材であることを特徴とする請求項１又は２記載の構造部材。
  4. 前記ダイバータプレートは、全側面を前記タングステン合金製の複数の薄板の積層体により囲まれている、銅又は銅合金製の冷却材導通管を有し、自然冷却ではなく強制的に冷却される構成を備えることを特徴とする請求項３に記載の構造部材。
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