JP4718705B2 - 核融合装置用中性子遮蔽体 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、核融合装置用中性子遮蔽体に係り、更に詳しくは、核融合装置から発生する中性子を遮蔽するための核融合装置用中性子遮蔽体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
核融合装置は、重水素などを燃料として核融合反応を生じさせるものである。図１０の断面図に示すこのような核融合装置２０では、図１１に示すようにドーナッツ形状の真空容器２１内に水素を供給し、これに電圧を印加してプラズマを励起することによって水素を超高温に加熱することで、水素の原子核同士が融合する核融合反応を起こさせる。そして、核融合反応によって発生した高エネルギーを発電に用いるのが核融合発電である。
【０００３】
このように、水素を超高温なプラズマ状態で保つために、核融合装置２０では、超伝導トロイダルコイル２２および超伝導ポロイダルコイル２３が用いられている。そして、これら超伝導コイル２２，２３によって発生される磁場によって、プラズマが真空容器２１の容器壁に接触し、その温度が下がることがないようにされている。
【０００４】
核融合反応が引き起こると、高エネルギーが発生するとともに、中性子も発生する。この中性子によって超伝導コイル２２，２３が照射されると、超伝導コイル２２，２３が発熱する。超伝導コイル２２，２３は、超伝導状態を維持するために、極低温に保つ必要がある。また、中性子は、真空容器２１や、その他の装置または機器等を放射化させるので、核融合装置２０の運転を停止している場合であっても、人が近づくと被爆する恐れがある。
【０００５】
したがって、核融合装置２０には、核融合反応によって発生した中性子が超伝導コイル２２，２３を照射することを阻止すること、あるいは、機器等を放射化させることを阻止するために、真空容器２１の二重壁内部あるいは外表面に中性子を遮蔽する核融合装置用中性子遮蔽体２５が配設されている。
【０００６】
図１２は、このような核融合装置用中性子遮蔽体２５の詳細構成を示す断面図である。従来の核融合装置２０には、このような核融合装置用中性子遮蔽体２５が真空容器２１の中に配置される。そして核融合装置用中性子遮蔽体２５の中には水２７が貯えられ、更にＢ−金属（硼素添加金属）板からなるリブ２８が複数平行に配置されている。真空容器２１の二重壁内部は、このような構成をした多数の核融合装置用中性子遮蔽体２５によって満たされている。
【０００７】
Ｂ（硼素）は、中性子を吸収する物質として、原子力の分野では制御棒、あるいは燃料貯蔵ラック等に広く用いられている。特に、熱中性子に対して大きな吸収断面積を有することから、減速材として機能する水２７を周りに配置している。核融合装置２０から放出された高速の中性子は、この水２７によって熱中性子に減速されるので、Ｂ−金属板に含まれるＢ（硼素）によって中性子が効率よく吸収される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の核融合装置用中性子遮蔽体では、以下のような問題がある。
【０００９】
すなわち、従来の核融合装置用中性子遮蔽体２５は、真空容器２１の中に配置され、図１２に示すとおり、内部に水２７が貯えられ、更に、Ｂ−金属（硼素添加金属）板からなるリブ２８が複数平行に配置されており、複雑な構成をしている。したがって、加工が容易ではなく、コスト的にも高いという問題がある。
【００１０】
また、比重の大きいＢ−金属板を複数配置していることから重量的にも極めて重いために、取り付けることが容易ではないという問題がある。
【００１１】
更に、核融合装置２０の運転を開始する場合には、先ず真空容器２１内の不純物を取り除くために、真空容器２１内を加熱し、不純物を蒸発させてから取り除くガス抜き作業を行う。この場合、真空容器２１の温度が極めて高くなるために、真空容器２１の内部に固定されている核融合装置用中性子遮蔽体２５の温度も１００℃以上となる。したがって、このようなガス抜き作業を行う場合には、内部に貯えている水２７が蒸発することのないように、核融合装置用中性子遮蔽体２５の内部の水２７を予め抜いておき、ガス抜き作業の終了後に、内部に水２７を充填する作業を行わねばならず、手間がかかるという問題がある。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、有機系高分子によって中性子遮蔽体を構成し、もって、その構成を簡素化し、製造コストの低減を図るとともに、軽量化を図ることが可能な核融合装置用中性子遮蔽体を提供することを目的とする。
【００１３】
また、その第２の目的は、中性子の減速効果の高い有機系高分子によって中性子遮蔽体を構成し、水を不要とすることによって、ガス抜き作業時における水抜きを不要とするとともに、冷却手段を備え、有機系高分子の溶融を阻止することが可能な核融合装置用中性子遮蔽体を提供することにある。
【００１４】
更にまた、その第３の目的は、上述したように軽量化を図った核融合装置用中性子遮蔽体を用いることによって、核融合装置への取り付けを容易にすることが可能な核融合装置用中性子遮蔽体を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１６】
すなわち、請求項１の発明では、核融合装置から発生する中性子を遮蔽するための核融合装置用中性子遮蔽体であって、熱硬化性樹脂としてのエポキシ系樹脂に、中性子を吸収する物質である硼素（Ｂ）またはガドリニウム（Ｇｄ）またはカドミウム（Ｃｄ）のうちの少なくともいずれかを添加して中性子遮蔽体としたレジンと、前記核融合装置の真空容器の表面と接して固定される真空容器側壁面と、該真空容器側壁面と対向し前記レジンを固定するレジン側壁面とを有する二重壁構造で、内部を空洞化した容器と、前記容器の内部に導入され、前記レジンを冷却するための冷却チャンネルと、を備え、前記核融合装置の真空容器の表面に前記容器の前記真空容器側壁面が接するように固定され、前記真空容器側壁面と対向する前記容器の前記レジン側壁面の外側に前記レジンが固定され、前記容器の内部に導入された前記冷却チャンネルにより前記レジンの温度が所定温度以上にならないよう冷却することを特徴とする。
【００１７】
請求項２の発明では、核融合装置から発生する中性子を遮蔽するための核融合装置用中性子遮蔽体であって、熱硬化性樹脂としてのエポキシ系樹脂に、中性子を吸収する物質である硼素（Ｂ）またはガドリニウム（Ｇｄ）またはカドミウム（Ｃｄ）のうちの少なくともいずれかを添加して中性子遮蔽体としたレジンと、前記核融合装置の真空容器の表面と接して固定される真空容器側壁面と、該真空容器側壁面と対向し前記レジンを固定するレジン側壁面とを有する二重壁構造で、内部を空洞化した容器と、前記容器の内部に導入され、前記レジンを冷却するための冷却チャンネルと、を備えた遮蔽構造物を複数個つないで構成され、複数個からなる前記遮蔽構造物の個々の前記容器の前記真空容器側壁面が前記核融合装置の真空容器の表面と接するように順次つなげて固定され、個々の前記容器の前記レジン側壁面の外側には個々の前記レジンが固定され、個々の前記容器の内部に導入された前記冷却チャンネルにより前記レジンの温度が所定温度以上にならないよう冷却することを特徴とする。
【００１８】
請求項３の発明では、請求項１または請求項２の発明の核融合装置用中性子遮蔽体において、前記レジンに自己消火作用を有する水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ） ２ ）と、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ） ３ ）との少なくとも一方を添加したことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
なお、以下の各実施の形態の説明に用いる図中の符号は、図１０から図１２と同一部分については同一符号を付して示すことにする。
【００２６】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体について図１から図６を用いて説明する。
【００２７】
図１は第１の実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体の一例を示す断面図、図２は第１の実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体の一例を示す斜視図である。
【００２８】
すなわち、本実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体１は、容器３と、冷却チャンネル４と、レジン５とを備えている。
【００２９】
容器３は、真空容器側壁面１２と、レジン側壁面１３とを有する二重壁タイプの薄型平板形状をしており、その内部に冷却チャンネル４を内蔵している。そして真空容器側壁面１２を真空容器２１の表面に固定し、レジン側壁面１３をレジン５に固定する。
【００３０】
冷却チャンネル４は、容器３の内部に導入された水によって構成されてなるものであって、この水は、中性子やガンマ線の照射を受けて発熱したレジン５を冷却する。これによって、レジン５が発熱によって高温化し、中性子遮蔽機能を低下させることがないように所定温度以下に保っている。
【００３１】
レジン５は、エポキシベースのマトリクスからなる樹脂を、薄型平板状に形成してなるものであって、薄型平板状の片面を容器３に固定している。なお、レジン５は、図１に示すように裸のまま使用する場合と、容器（図示せず）に封入したものを使用する場合がある。
【００３２】
エポキシベースのマトリクスからなる樹脂とは、主剤として反応性希釈材を添加したビスフェノール系エポキシ樹脂、硬化剤として脂環式ポリアミン、ポリアミド脂肪族ポリアミン、エポキシアダクト等の変性ポリアミンを配合したエポキシ系液状樹脂を混合してなる。さらに、耐火材として自己消火作用を備えた低ソーダ型水酸化アルミニウムあるいは水酸化マグネシウム、中性子吸収材として炭化硼素（Ｂ４Ｃ）または酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ５）を用い、これらをマトリクスに分散させる。
【００３３】
このような成分から構成してなるマトリクスは、耐熱性および有効な可使時間の確保を可能とすると共に、軽量で水素含有率が高く、高い中性子遮蔽性能を有している。また、長期間１５０〜１６０℃の状態であっても、安定した難燃性と中性子遮蔽能力とを維持する（特願平１１−２９１６６４号公報参照）。
【００３４】
このように構成した本実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体１は、Ｂ−金属板よりも軽いレジン５を中性子遮蔽材として用いていること、レジン５は、自らが中性子を効率よく減速する効果を有しており、減速材である水を不要としていることから、従来技術の核融合装置用中性子遮蔽体１に比べて約半分の重量で、同等の中性子遮蔽性能を備えている。
【００３５】
なお、レジン５を冷却するための冷却水を冷却チャンネル４に導入する必要があるが、レジン５を構成する有機系高分子は、水の沸点よりも高い温度においても安定した難燃性と中性子遮蔽能力とを備えており、従来技術の核融合装置用中性子遮蔽体２５ほど冷却性能を要求されないために、核融合装置用中性子遮蔽体１の全重量に対する割合は小さい。
【００３６】
次に、このように構成した本実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体１を真空容器２１の外周に取り付ける取付方法としては、以下に示すような２つの方法がある。
【００３７】
第１の取付方法は、図１および図２に示すような核融合装置用中性子遮蔽体１（＃１〜＃ｎ）を予め複数製作しておき、それら複数の核融合装置用中性子遮蔽体１（＃１〜＃ｎ）を、図３に示すように、真空容器２１の外周を覆うように配置する方法である。この場合、隣接する核融合装置用中性子遮蔽体１との隙間から中性子が漏洩するのを阻止するために、図４（ａ）あるいは図４（ｂ）に示すように、隣接する核融合装置用中性子遮蔽体１同士を嵌め合わせるようにする。あるいは、図４（ｃ）に示すように、中性子を遮蔽する機能を備えた材料によって製作されたスペーサ１５を、隣接する核融合装置用中性子遮蔽体１の間の隙間に挿入するようにする。このようにすることによって、遮蔽する対象である真空容器２１の外周を、隙間無く遮蔽し、真空容器２１の内部側から外部側へと、中性子が直接漏洩することがないようにしている。
【００３８】
第２の方法は、図５に示すように、まず、真空容器２１の容器壁外表面に固定部２を固定し、次に、容器３を固定する。更に、容器３の上部側に型枠７を設置する。そして、導入口８から、型枠７の内部に、溶融したレジン５を流し込む。その後、型枠７の内部に流し込まれたレジン５が自然冷却により固化することによって真空容器２１の外周を、レジン５の殻で覆い隙間無く遮蔽する。
【００３９】
なお、核融合装置２０には、図６に示すように、複数のポート３０（＃１〜＃３）を備えている場合もある。このポート３０は、真空容器２１内のプラズマの状態を測定するための種々の測定装置を配置する場所であって、真空容器２１から延出して備えられている。したがって、このような場合には、真空容器２１の外周を核融合装置用中性子遮蔽体１で覆った場合であっても、図中矢印に示すように、真空容器２１からの中性子は、ポート３０を介して外部に漏洩するので、ポート３０の外周にも核融合装置用中性子遮蔽体１を配置する。
【００４０】
このように、ポート３０の外周に核融合装置用中性子遮蔽体１を配置する場合であっても、上述したような第１および第２の取付方法によって取付を行う。
【００４１】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体およびその取付方法の作用について説明する。
【００４２】
すなわち、本実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体１は、Ｂ−金属板よりも軽いレジン５が中性子遮蔽材として適用されている。レジン５は、自らが中性子を効率よく減速する効果を有しており、減速材としての水２７を別途備える必要はない。よって、本実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体１は、従来技術の核融合装置用中性子遮蔽体２５と同等の中性子遮蔽性能を実現するための重量が、従来に比べて約半分となる。また、従来技術における核融合装置用中性子遮蔽体２５で必要であったガス抜き作業時における水抜きも不要となる。
【００４３】
更に、Ｂ−金属板のリブ２８を多数必要としていた従来技術の核融合装置用中性子遮蔽体２５に比べて、その構成も簡素化される。
【００４４】
更にまた、レジン５に適用されている有機系高分子の融点は、水よりも高いので、中性子の照射によって発熱するレジン５から熱を除去することによって溶融を阻止するために必要な冷却能力は、従来技術の核融合装置用中性子遮蔽体２５ほど必要としない。
【００４５】
一方、本実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体１の取付方法に関しては、上述したように軽量化が図られることによって、その取り付けも容易となる。
【００４６】
上述したように、本実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体１においては、上記のような作用により、その構成を簡素化し、製造コストの低減を図るとともに、軽量化を図ることができる。
【００４７】
また、中性子の減速効果の高い有機系高分子によって中性子遮蔽体を構成し、水を不要とすることによって、ガス抜き作業時における水抜きを不要とするとともに、冷却手段を備え、有機系高分子の溶融を阻止することができる。なお、レジン５に用いられている有機系高分子の融点は水よりも高いので、従来技術の核融合装置用中性子遮蔽体ほどの冷却能力を必要としない。
【００４８】
このように、軽量化が図られた核融合装置用中性子遮蔽体を用いることによって、核融合装置用中性子遮蔽体の取付方法もまた、従来技術による核融合装置用中性子遮蔽体よりも容易とすることができる。
【００４９】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図７を用いて説明する。
【００５０】
図７は、本実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体１の一例を示す断面図であり、図１から図６と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００５１】
すなわち、図７は、核融合装置用中性子遮蔽体１を、真空容器２１の表面に設けられている補強材９に固定した場合を示す断面図である。
【００５２】
このように、核融合装置用中性子遮蔽体１を、真空容器２１の補強材９に固定するようにしても第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００５３】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態を図８および図９を用いて説明する。
【００５４】
図８および図９は、本実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体の配置例を示す断面図であり、図１から図６と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００５５】
すなわち、図１および図７では、真空容器２１と核融合装置用中性子遮蔽体１の間には何も無いのに対し、図８では，真空容器２１と核融合装置用中性子遮蔽体１との間に、熱シールド１１を備えている。また，核融合装置用中性子遮蔽体１の外周側にはＨｅガスにより冷却されるフレーム板１０を配置している。なお、フレーム板１０と熱シールド１１は、核融合装置用中性子遮蔽体１の種類や構造に関わり無く存在する。ちなみに、真空容器２１の温度は、常温〜数百℃、フレーム板１０の内周側の温度は−２００℃程度、フレーム板１０の外周側（超伝導コイル２２，２３側）の温度は、−２７０℃程度である。
【００５６】
図８に示すように配置することによって核融合装置用中性子遮蔽体１は、熱シールド１１により、真空容器２１からの熱を直接受けることが無くなる。したがって、核融合装置用中性子遮蔽体１の温度が上昇することはなく、核融合装置用中性子遮蔽体１の冷却は不要となる。また，真空容器２１の温度は、核融合装置用中性子遮蔽体１の使用限界温度に制限されることが無くなり、真空容器２１のガス抜き上有利となる。
【００５７】
一方、図９は、本実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体の別の配置例を示す断面図であって、核融合装置用中性子遮蔽体１をフレーム板１０の外周側、即ち超伝導コイル２２，２３に面するように配置したものである。核融合装置用中性子遮蔽体１を超伝導コイル２２，２３に取付けるようにしても良い。
【００５８】
図９に示すように配置することによっても核融合装置用中性子遮蔽体１は、熱シールド１１により、真空容器２１からの熱を直接受けることが無くなるので、図８に示すように配置された核融合装置用中性子遮蔽体１と同様の作用効果を奏することができる。
【００５９】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、まず第１に、有機系高分子によって中性子遮蔽体を構成し、もって、その構成を簡素化し、製造コストの低減を図るとともに、軽量化を図ることが可能な核融合装置用中性子遮蔽体を実現することができる。
【００６１】
また第２に、中性子の減速効果の高い有機系高分子によって中性子遮蔽体を構成し、水を不要とすることによって、ガス抜き作業時における水抜きを不要とするとともに、冷却手段を備え、有機系高分子の溶融を阻止することが可能な核融合装置用中性子遮蔽体を実現することができる。
【００６２】
更に第３に、上述したように軽量化を図った核融合装置用中性子遮蔽体を用いることによって、核融合装置への取り付けを容易にすることが可能な核融合装置用中性子遮蔽体の取付方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体の一例を示す断面図
【図２】第１の実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体の一例を示す斜視図
【図３】複数の核融合装置用中性子遮蔽体を配置することによって真空容器の外周を遮蔽する方法を説明するための模式図
【図４】隣接する核融合装置用中性子遮蔽体の接合方法の例を示す詳細図
【図５】真空容器の外周を核融合装置用中性子遮蔽体で一体的に覆う方法を説明するための模式図
【図６】ポートの外周を核融合装置用中性子遮蔽体で遮蔽した場合を説明するための模式図
【図７】第２の実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体の一例を示す断面図
【図８】第３の実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体の配置例を示す断面図
【図９】第３の実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体の別の配置例を示す断面図
【図１０】核融合装置の一例を示す断面図
【図１１】真空容器の一例を示す斜視図
【図１２】従来技術による核融合装置用中性子遮蔽体の詳細構成を示す断面図
【符号の説明】
１…核融合装置用中性子遮蔽体
２…固定部
３…容器
４…冷却チャンネル
５…レジン
７…型枠
８…導入口
９…補強材
１０…フレーム板
１１…熱シールド
１２…真空容器側壁面
１３…レジン側壁面
１５…スペーサ
２０…核融合装置
２１…真空容器
２２…超伝導トロイダルコイル
２３…超伝導ポロイダルコイル
２５…核融合装置用中性子遮蔽体
２７…水
２８…リブ
３０…ポート
【発明の属する技術分野】
本発明は、核融合装置用中性子遮蔽体に係り、更に詳しくは、核融合装置から発生する中性子を遮蔽するための核融合装置用中性子遮蔽体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
核融合装置は、重水素などを燃料として核融合反応を生じさせるものである。図１０の断面図に示すこのような核融合装置２０では、図１１に示すようにドーナッツ形状の真空容器２１内に水素を供給し、これに電圧を印加してプラズマを励起することによって水素を超高温に加熱することで、水素の原子核同士が融合する核融合反応を起こさせる。そして、核融合反応によって発生した高エネルギーを発電に用いるのが核融合発電である。
【０００３】
このように、水素を超高温なプラズマ状態で保つために、核融合装置２０では、超伝導トロイダルコイル２２および超伝導ポロイダルコイル２３が用いられている。そして、これら超伝導コイル２２，２３によって発生される磁場によって、プラズマが真空容器２１の容器壁に接触し、その温度が下がることがないようにされている。
【０００４】
核融合反応が引き起こると、高エネルギーが発生するとともに、中性子も発生する。この中性子によって超伝導コイル２２，２３が照射されると、超伝導コイル２２，２３が発熱する。超伝導コイル２２，２３は、超伝導状態を維持するために、極低温に保つ必要がある。また、中性子は、真空容器２１や、その他の装置または機器等を放射化させるので、核融合装置２０の運転を停止している場合であっても、人が近づくと被爆する恐れがある。
【０００５】
したがって、核融合装置２０には、核融合反応によって発生した中性子が超伝導コイル２２，２３を照射することを阻止すること、あるいは、機器等を放射化させることを阻止するために、真空容器２１の二重壁内部あるいは外表面に中性子を遮蔽する核融合装置用中性子遮蔽体２５が配設されている。
【０００６】
図１２は、このような核融合装置用中性子遮蔽体２５の詳細構成を示す断面図である。従来の核融合装置２０には、このような核融合装置用中性子遮蔽体２５が真空容器２１の中に配置される。そして核融合装置用中性子遮蔽体２５の中には水２７が貯えられ、更にＢ−金属（硼素添加金属）板からなるリブ２８が複数平行に配置されている。真空容器２１の二重壁内部は、このような構成をした多数の核融合装置用中性子遮蔽体２５によって満たされている。
【０００７】
Ｂ（硼素）は、中性子を吸収する物質として、原子力の分野では制御棒、あるいは燃料貯蔵ラック等に広く用いられている。特に、熱中性子に対して大きな吸収断面積を有することから、減速材として機能する水２７を周りに配置している。核融合装置２０から放出された高速の中性子は、この水２７によって熱中性子に減速されるので、Ｂ−金属板に含まれるＢ（硼素）によって中性子が効率よく吸収される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来の核融合装置用中性子遮蔽体では、以下のような問題がある。
【０００９】
すなわち、従来の核融合装置用中性子遮蔽体２５は、真空容器２１の中に配置され、図１２に示すとおり、内部に水２７が貯えられ、更に、Ｂ−金属（硼素添加金属）板からなるリブ２８が複数平行に配置されており、複雑な構成をしている。したがって、加工が容易ではなく、コスト的にも高いという問題がある。
【００１０】
また、比重の大きいＢ−金属板を複数配置していることから重量的にも極めて重いために、取り付けることが容易ではないという問題がある。
【００１１】
更に、核融合装置２０の運転を開始する場合には、先ず真空容器２１内の不純物を取り除くために、真空容器２１内を加熱し、不純物を蒸発させてから取り除くガス抜き作業を行う。この場合、真空容器２１の温度が極めて高くなるために、真空容器２１の内部に固定されている核融合装置用中性子遮蔽体２５の温度も１００℃以上となる。したがって、このようなガス抜き作業を行う場合には、内部に貯えている水２７が蒸発することのないように、核融合装置用中性子遮蔽体２５の内部の水２７を予め抜いておき、ガス抜き作業の終了後に、内部に水２７を充填する作業を行わねばならず、手間がかかるという問題がある。
【００１２】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その第１の目的は、有機系高分子によって中性子遮蔽体を構成し、もって、その構成を簡素化し、製造コストの低減を図るとともに、軽量化を図ることが可能な核融合装置用中性子遮蔽体を提供することを目的とする。
【００１３】
また、その第２の目的は、中性子の減速効果の高い有機系高分子によって中性子遮蔽体を構成し、水を不要とすることによって、ガス抜き作業時における水抜きを不要とするとともに、冷却手段を備え、有機系高分子の溶融を阻止することが可能な核融合装置用中性子遮蔽体を提供することにある。
【００１４】
更にまた、その第３の目的は、上述したように軽量化を図った核融合装置用中性子遮蔽体を用いることによって、核融合装置への取り付けを容易にすることが可能な核融合装置用中性子遮蔽体を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明では、以下のような手段を講じる。
【００１６】
すなわち、請求項１の発明では、核融合装置から発生する中性子を遮蔽するための核融合装置用中性子遮蔽体であって、熱硬化性樹脂としてのエポキシ系樹脂に、中性子を吸収する物質である硼素（Ｂ）またはガドリニウム（Ｇｄ）またはカドミウム（Ｃｄ）のうちの少なくともいずれかを添加して中性子遮蔽体としたレジンと、前記核融合装置の真空容器の表面と接して固定される真空容器側壁面と、該真空容器側壁面と対向し前記レジンを固定するレジン側壁面とを有する二重壁構造で、内部を空洞化した容器と、前記容器の内部に導入され、前記レジンを冷却するための冷却チャンネルと、を備え、前記核融合装置の真空容器の表面に前記容器の前記真空容器側壁面が接するように固定され、前記真空容器側壁面と対向する前記容器の前記レジン側壁面の外側に前記レジンが固定され、前記容器の内部に導入された前記冷却チャンネルにより前記レジンの温度が所定温度以上にならないよう冷却することを特徴とする。
【００１７】
請求項２の発明では、核融合装置から発生する中性子を遮蔽するための核融合装置用中性子遮蔽体であって、熱硬化性樹脂としてのエポキシ系樹脂に、中性子を吸収する物質である硼素（Ｂ）またはガドリニウム（Ｇｄ）またはカドミウム（Ｃｄ）のうちの少なくともいずれかを添加して中性子遮蔽体としたレジンと、前記核融合装置の真空容器の表面と接して固定される真空容器側壁面と、該真空容器側壁面と対向し前記レジンを固定するレジン側壁面とを有する二重壁構造で、内部を空洞化した容器と、前記容器の内部に導入され、前記レジンを冷却するための冷却チャンネルと、を備えた遮蔽構造物を複数個つないで構成され、複数個からなる前記遮蔽構造物の個々の前記容器の前記真空容器側壁面が前記核融合装置の真空容器の表面と接するように順次つなげて固定され、個々の前記容器の前記レジン側壁面の外側には個々の前記レジンが固定され、個々の前記容器の内部に導入された前記冷却チャンネルにより前記レジンの温度が所定温度以上にならないよう冷却することを特徴とする。
【００１８】
請求項３の発明では、請求項１または請求項２の発明の核融合装置用中性子遮蔽体において、前記レジンに自己消火作用を有する水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ） ２ ）と、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ） ３ ）との少なくとも一方を添加したことを特徴とする。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の各実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２５】
なお、以下の各実施の形態の説明に用いる図中の符号は、図１０から図１２と同一部分については同一符号を付して示すことにする。
【００２６】
（第１の実施の形態）
本発明の第１の実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体について図１から図６を用いて説明する。
【００２７】
図１は第１の実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体の一例を示す断面図、図２は第１の実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体の一例を示す斜視図である。
【００２８】
すなわち、本実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体１は、容器３と、冷却チャンネル４と、レジン５とを備えている。
【００２９】
容器３は、真空容器側壁面１２と、レジン側壁面１３とを有する二重壁タイプの薄型平板形状をしており、その内部に冷却チャンネル４を内蔵している。そして真空容器側壁面１２を真空容器２１の表面に固定し、レジン側壁面１３をレジン５に固定する。
【００３０】
冷却チャンネル４は、容器３の内部に導入された水によって構成されてなるものであって、この水は、中性子やガンマ線の照射を受けて発熱したレジン５を冷却する。これによって、レジン５が発熱によって高温化し、中性子遮蔽機能を低下させることがないように所定温度以下に保っている。
【００３１】
レジン５は、エポキシベースのマトリクスからなる樹脂を、薄型平板状に形成してなるものであって、薄型平板状の片面を容器３に固定している。なお、レジン５は、図１に示すように裸のまま使用する場合と、容器（図示せず）に封入したものを使用する場合がある。
【００３２】
エポキシベースのマトリクスからなる樹脂とは、主剤として反応性希釈材を添加したビスフェノール系エポキシ樹脂、硬化剤として脂環式ポリアミン、ポリアミド脂肪族ポリアミン、エポキシアダクト等の変性ポリアミンを配合したエポキシ系液状樹脂を混合してなる。さらに、耐火材として自己消火作用を備えた低ソーダ型水酸化アルミニウムあるいは水酸化マグネシウム、中性子吸収材として炭化硼素（Ｂ４Ｃ）または酸化ガドリニウム（Ｇｄ２Ｏ５）を用い、これらをマトリクスに分散させる。
【００３３】
このような成分から構成してなるマトリクスは、耐熱性および有効な可使時間の確保を可能とすると共に、軽量で水素含有率が高く、高い中性子遮蔽性能を有している。また、長期間１５０〜１６０℃の状態であっても、安定した難燃性と中性子遮蔽能力とを維持する（特願平１１−２９１６６４号公報参照）。
【００３４】
このように構成した本実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体１は、Ｂ−金属板よりも軽いレジン５を中性子遮蔽材として用いていること、レジン５は、自らが中性子を効率よく減速する効果を有しており、減速材である水を不要としていることから、従来技術の核融合装置用中性子遮蔽体１に比べて約半分の重量で、同等の中性子遮蔽性能を備えている。
【００３５】
なお、レジン５を冷却するための冷却水を冷却チャンネル４に導入する必要があるが、レジン５を構成する有機系高分子は、水の沸点よりも高い温度においても安定した難燃性と中性子遮蔽能力とを備えており、従来技術の核融合装置用中性子遮蔽体２５ほど冷却性能を要求されないために、核融合装置用中性子遮蔽体１の全重量に対する割合は小さい。
【００３６】
次に、このように構成した本実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体１を真空容器２１の外周に取り付ける取付方法としては、以下に示すような２つの方法がある。
【００３７】
第１の取付方法は、図１および図２に示すような核融合装置用中性子遮蔽体１（＃１〜＃ｎ）を予め複数製作しておき、それら複数の核融合装置用中性子遮蔽体１（＃１〜＃ｎ）を、図３に示すように、真空容器２１の外周を覆うように配置する方法である。この場合、隣接する核融合装置用中性子遮蔽体１との隙間から中性子が漏洩するのを阻止するために、図４（ａ）あるいは図４（ｂ）に示すように、隣接する核融合装置用中性子遮蔽体１同士を嵌め合わせるようにする。あるいは、図４（ｃ）に示すように、中性子を遮蔽する機能を備えた材料によって製作されたスペーサ１５を、隣接する核融合装置用中性子遮蔽体１の間の隙間に挿入するようにする。このようにすることによって、遮蔽する対象である真空容器２１の外周を、隙間無く遮蔽し、真空容器２１の内部側から外部側へと、中性子が直接漏洩することがないようにしている。
【００３８】
第２の方法は、図５に示すように、まず、真空容器２１の容器壁外表面に固定部２を固定し、次に、容器３を固定する。更に、容器３の上部側に型枠７を設置する。そして、導入口８から、型枠７の内部に、溶融したレジン５を流し込む。その後、型枠７の内部に流し込まれたレジン５が自然冷却により固化することによって真空容器２１の外周を、レジン５の殻で覆い隙間無く遮蔽する。
【００３９】
なお、核融合装置２０には、図６に示すように、複数のポート３０（＃１〜＃３）を備えている場合もある。このポート３０は、真空容器２１内のプラズマの状態を測定するための種々の測定装置を配置する場所であって、真空容器２１から延出して備えられている。したがって、このような場合には、真空容器２１の外周を核融合装置用中性子遮蔽体１で覆った場合であっても、図中矢印に示すように、真空容器２１からの中性子は、ポート３０を介して外部に漏洩するので、ポート３０の外周にも核融合装置用中性子遮蔽体１を配置する。
【００４０】
このように、ポート３０の外周に核融合装置用中性子遮蔽体１を配置する場合であっても、上述したような第１および第２の取付方法によって取付を行う。
【００４１】
次に、以上のように構成した本実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体およびその取付方法の作用について説明する。
【００４２】
すなわち、本実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体１は、Ｂ−金属板よりも軽いレジン５が中性子遮蔽材として適用されている。レジン５は、自らが中性子を効率よく減速する効果を有しており、減速材としての水２７を別途備える必要はない。よって、本実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体１は、従来技術の核融合装置用中性子遮蔽体２５と同等の中性子遮蔽性能を実現するための重量が、従来に比べて約半分となる。また、従来技術における核融合装置用中性子遮蔽体２５で必要であったガス抜き作業時における水抜きも不要となる。
【００４３】
更に、Ｂ−金属板のリブ２８を多数必要としていた従来技術の核融合装置用中性子遮蔽体２５に比べて、その構成も簡素化される。
【００４４】
更にまた、レジン５に適用されている有機系高分子の融点は、水よりも高いので、中性子の照射によって発熱するレジン５から熱を除去することによって溶融を阻止するために必要な冷却能力は、従来技術の核融合装置用中性子遮蔽体２５ほど必要としない。
【００４５】
一方、本実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体１の取付方法に関しては、上述したように軽量化が図られることによって、その取り付けも容易となる。
【００４６】
上述したように、本実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体１においては、上記のような作用により、その構成を簡素化し、製造コストの低減を図るとともに、軽量化を図ることができる。
【００４７】
また、中性子の減速効果の高い有機系高分子によって中性子遮蔽体を構成し、水を不要とすることによって、ガス抜き作業時における水抜きを不要とするとともに、冷却手段を備え、有機系高分子の溶融を阻止することができる。なお、レジン５に用いられている有機系高分子の融点は水よりも高いので、従来技術の核融合装置用中性子遮蔽体ほどの冷却能力を必要としない。
【００４８】
このように、軽量化が図られた核融合装置用中性子遮蔽体を用いることによって、核融合装置用中性子遮蔽体の取付方法もまた、従来技術による核融合装置用中性子遮蔽体よりも容易とすることができる。
【００４９】
（第２の実施の形態）
本発明の第２の実施の形態を図７を用いて説明する。
【００５０】
図７は、本実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体１の一例を示す断面図であり、図１から図６と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００５１】
すなわち、図７は、核融合装置用中性子遮蔽体１を、真空容器２１の表面に設けられている補強材９に固定した場合を示す断面図である。
【００５２】
このように、核融合装置用中性子遮蔽体１を、真空容器２１の補強材９に固定するようにしても第１の実施の形態と同様の作用効果を奏することができる。
【００５３】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態を図８および図９を用いて説明する。
【００５４】
図８および図９は、本実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体の配置例を示す断面図であり、図１から図６と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００５５】
すなわち、図１および図７では、真空容器２１と核融合装置用中性子遮蔽体１の間には何も無いのに対し、図８では，真空容器２１と核融合装置用中性子遮蔽体１との間に、熱シールド１１を備えている。また，核融合装置用中性子遮蔽体１の外周側にはＨｅガスにより冷却されるフレーム板１０を配置している。なお、フレーム板１０と熱シールド１１は、核融合装置用中性子遮蔽体１の種類や構造に関わり無く存在する。ちなみに、真空容器２１の温度は、常温〜数百℃、フレーム板１０の内周側の温度は−２００℃程度、フレーム板１０の外周側（超伝導コイル２２，２３側）の温度は、−２７０℃程度である。
【００５６】
図８に示すように配置することによって核融合装置用中性子遮蔽体１は、熱シールド１１により、真空容器２１からの熱を直接受けることが無くなる。したがって、核融合装置用中性子遮蔽体１の温度が上昇することはなく、核融合装置用中性子遮蔽体１の冷却は不要となる。また，真空容器２１の温度は、核融合装置用中性子遮蔽体１の使用限界温度に制限されることが無くなり、真空容器２１のガス抜き上有利となる。
【００５７】
一方、図９は、本実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体の別の配置例を示す断面図であって、核融合装置用中性子遮蔽体１をフレーム板１０の外周側、即ち超伝導コイル２２，２３に面するように配置したものである。核融合装置用中性子遮蔽体１を超伝導コイル２２，２３に取付けるようにしても良い。
【００５８】
図９に示すように配置することによっても核融合装置用中性子遮蔽体１は、熱シールド１１により、真空容器２１からの熱を直接受けることが無くなるので、図８に示すように配置された核融合装置用中性子遮蔽体１と同様の作用効果を奏することができる。
【００５９】
以上、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照しながら説明したが、本発明はかかる構成に限定されない。特許請求の範囲の発明された技術的思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、まず第１に、有機系高分子によって中性子遮蔽体を構成し、もって、その構成を簡素化し、製造コストの低減を図るとともに、軽量化を図ることが可能な核融合装置用中性子遮蔽体を実現することができる。
【００６１】
また第２に、中性子の減速効果の高い有機系高分子によって中性子遮蔽体を構成し、水を不要とすることによって、ガス抜き作業時における水抜きを不要とするとともに、冷却手段を備え、有機系高分子の溶融を阻止することが可能な核融合装置用中性子遮蔽体を実現することができる。
【００６２】
更に第３に、上述したように軽量化を図った核融合装置用中性子遮蔽体を用いることによって、核融合装置への取り付けを容易にすることが可能な核融合装置用中性子遮蔽体の取付方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体の一例を示す断面図
【図２】第１の実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体の一例を示す斜視図
【図３】複数の核融合装置用中性子遮蔽体を配置することによって真空容器の外周を遮蔽する方法を説明するための模式図
【図４】隣接する核融合装置用中性子遮蔽体の接合方法の例を示す詳細図
【図５】真空容器の外周を核融合装置用中性子遮蔽体で一体的に覆う方法を説明するための模式図
【図６】ポートの外周を核融合装置用中性子遮蔽体で遮蔽した場合を説明するための模式図
【図７】第２の実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体の一例を示す断面図
【図８】第３の実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体の配置例を示す断面図
【図９】第３の実施の形態に係る核融合装置用中性子遮蔽体の別の配置例を示す断面図
【図１０】核融合装置の一例を示す断面図
【図１１】真空容器の一例を示す斜視図
【図１２】従来技術による核融合装置用中性子遮蔽体の詳細構成を示す断面図
【符号の説明】
１…核融合装置用中性子遮蔽体
２…固定部
３…容器
４…冷却チャンネル
５…レジン
７…型枠
８…導入口
９…補強材
１０…フレーム板
１１…熱シールド
１２…真空容器側壁面
１３…レジン側壁面
１５…スペーサ
２０…核融合装置
２１…真空容器
２２…超伝導トロイダルコイル
２３…超伝導ポロイダルコイル
２５…核融合装置用中性子遮蔽体
２７…水
２８…リブ
３０…ポート
Claims (3)
- 核融合装置から発生する中性子を遮蔽するための核融合装置用中性子遮蔽体であって、
熱硬化性樹脂としてのエポキシ系樹脂に、中性子を吸収する物質である硼素（Ｂ）またはガドリニウム（Ｇｄ）またはカドミウム（Ｃｄ）のうちの少なくともいずれかを添加して中性子遮蔽体としたレジンと、
前記核融合装置の真空容器の表面と接して固定される真空容器側壁面と、該真空容器側壁面と対向し前記レジンを固定するレジン側壁面とを有する二重壁構造で、内部を空洞化した容器と、
前記容器の内部に導入され、前記レジンを冷却するための冷却チャンネルと、
を備え、前記核融合装置の真空容器の表面に前記容器の前記真空容器側壁面が接するように固定され、前記真空容器側壁面と対向する前記容器の前記レジン側壁面の外側に前記レジンが固定され、前記容器の内部に導入された前記冷却チャンネルにより前記レジンの温度が所定温度以上にならないよう冷却することを特徴とする核融合装置用中性子遮蔽体。 - 核融合装置から発生する中性子を遮蔽するための核融合装置用中性子遮蔽体であって、
熱硬化性樹脂としてのエポキシ系樹脂に、中性子を吸収する物質である硼素（Ｂ）またはガドリニウム（Ｇｄ）またはカドミウム（Ｃｄ）のうちの少なくともいずれかを添加して中性子遮蔽体としたレジンと、
前記核融合装置の真空容器の表面と接して固定される真空容器側壁面と、該真空容器側壁面と対向し前記レジンを固定するレジン側壁面とを有する二重壁構造で、内部を空洞化した容器と、
前記容器の内部に導入され、前記レジンを冷却するための冷却チャンネルと、
を備えた遮蔽構造物を複数個つないで構成され、
複数個からなる前記遮蔽構造物の個々の前記容器の前記真空容器側壁面が前記核融合装置の真空容器の表面と接するように順次つなげて固定され、個々の前記容器の前記レジン側壁面の外側には個々の前記レジンが固定され、個々の前記容器の内部に導入された前記冷却チャンネルにより前記レジンの温度が所定温度以上にならないよう冷却することを特徴とする核融合装置用中性子遮蔽体。 - 前記レジンに自己消火作用を有する水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）と、水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）との少なくとも一方を添加したこと特徴とする請求項１または２に記載の核融合装置用中性子遮蔽体。
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