JPH0126035B2 - - Google Patents

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JPH0126035B2
JPH0126035B2 JP58130631A JP13063183A JPH0126035B2 JP H0126035 B2 JPH0126035 B2 JP H0126035B2 JP 58130631 A JP58130631 A JP 58130631A JP 13063183 A JP13063183 A JP 13063183A JP H0126035 B2 JPH0126035 B2 JP H0126035B2
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JP
Japan
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cooling
water
coil
magnetic field
pipe
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JP58130631A
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Japanese (ja)
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JPS6022687A (en
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Shohei Suzuki
Mitsuru Ikeda
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

Landscapes

  • Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Discharge Heating (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、透電導コイルによりプラズマ閉じ込
め磁場を形成する核融合装置の水冷却系の改良に
関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Application of the Invention] The present invention relates to an improvement in a water cooling system of a nuclear fusion device that forms a plasma confinement magnetic field using a conductive coil.

〔発明の背景〕[Background of the invention]

核融合装置は、内部が真空の放電管内にプラズ
マを閉じ込めるため、磁界を用いている。閉じ込
めたプラズマがトーラスである核融合装置のトカ
マク型においては、放電管の周囲に数本のコイル
(ポロイダルコイル)を放電管と同心状に配置し、
このコイルに大電流を流してプラズマを圧縮する
放電管と同心の磁界を生じさせ、プラズマを閉じ
込めている。そして、プラズマの閉じ込めを安定
化するために、ドーナツ状の放電管のポロイダル
方向(トーラス断面内を一周する方向)に沿つて
トロイダルコイルを設け、放電管に平衡する磁界
を加えるようにしている。このような核融合装置
は、大型化してプラズマの体積が増加すると、プ
ラズマを閉じ込めるのに必要な磁界を大きくしな
ければならず、前記各コイルの大型化を招いてい
る。そこで、コイルの小型化と強力な磁界を得る
ために、トロイダルコイルまたはトロダルコイル
およびポロイダルコイルは、超電導線材を用いて
超電導コイルとして作成される方向にある。この
ことは、トカマク型核融合装置ばかりでなく、プ
ラズマの閉じ込めをトーラスとしないミラーマシ
ーン等の他の磁場閉じ込め核融合装置における磁
場発生コイルにおいても同様である。
Nuclear fusion devices use magnetic fields to confine plasma inside a vacuum discharge tube. In tokamak type nuclear fusion devices, where the confined plasma is a torus, several coils (poloidal coils) are placed around the discharge tube concentrically with the discharge tube.
A large current is passed through this coil to create a magnetic field concentric with the discharge tube that compresses the plasma, confining the plasma. In order to stabilize the confinement of the plasma, a toroidal coil is provided along the poloidal direction (the direction that goes around the torus cross section) of the donut-shaped discharge tube to apply a balanced magnetic field to the discharge tube. When such a nuclear fusion device becomes larger and the volume of plasma increases, the magnetic field required to confine the plasma must be increased, leading to an increase in the size of each of the coils. Therefore, in order to downsize the coil and obtain a strong magnetic field, toroidal coils, trodal coils, and poloidal coils are being created as superconducting coils using superconducting wires. This is true not only for tokamak type fusion devices but also for magnetic field generating coils in other magnetic field confinement fusion devices such as mirror machines that do not confine plasma in a torus.

この超電導コイルは、超電導状態を得るために
断熱容器内に収納されて液体ヘリウムにより冷却
され、極低温に保持される。さらに、核融合装置
においては、放電管内に高温のプラズマを閉じ込
めるため、断熱容器内の各機器を水冷して保護し
ている。しかし、核融合装置の運転中にポンプの
故障等の何らかの原因により冷却水の供給が停止
し、配管中に冷却水が滞留した状態を生じると、
配管内の水は極低温を保持するための液体窒素
(80K)と液体ヘリウム(4.2K)とに熱を奪われ、
凍結して配管を破裂させる危険が生じる。
This superconducting coil is housed in a heat insulating container, cooled by liquid helium, and kept at an extremely low temperature in order to obtain a superconducting state. Furthermore, in nuclear fusion devices, in order to confine high-temperature plasma within the discharge tube, each device within the heat-insulating container is protected by water cooling. However, if the supply of cooling water stops due to some reason such as a pump failure while the fusion device is operating, and the cooling water remains in the piping,
The water in the pipes loses heat to liquid nitrogen (80K) and liquid helium (4.2K) to maintain the extremely low temperature.
There is a risk of freezing and bursting the pipes.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は、前記従来技術の欠点を解消するため
になされたもので、低温液体冷却装置と併存して
設けた冷却液体流路管に、低温液体冷却装置の作
動中に冷却液体の供給が停止した場合において
も、冷却液体流路管の破裂を防止することができ
る核融合装置を提供することを目的とする。
The present invention was made in order to eliminate the drawbacks of the prior art, and the supply of cooling liquid to the cooling liquid flow path pipe provided in parallel with the cryogenic liquid cooling device is stopped during the operation of the cryogenic liquid cooling device. An object of the present invention is to provide a nuclear fusion device that can prevent a cooling liquid flow path pipe from bursting even in such a case.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

本発明は、核融合装置の磁場発生コイルを冷却
する低温液体冷却装置と併存して設けた液体流路
管の、前記低温液体冷却装置の作動中に冷却液体
流路管を流通する冷却液体の供給が停止したとき
に、冷却液体流路管にガスを注入する高圧ガス源
を接続し、前記冷却液体の供給と停止とともに前
記冷却液体流路管内に高圧ガスを注入し、冷却液
体流路管内に滞留している冷却用液体を急速に排
出して冷却液体流路管の破裂を防止できるように
構成したものである。
The present invention provides a liquid flow path pipe provided in conjunction with a low temperature liquid cooling device for cooling a magnetic field generating coil of a nuclear fusion device. Connect a high-pressure gas source that injects gas into the cooling liquid flow pipe when the supply stops, and inject high pressure gas into the cooling liquid flow pipe when the cooling liquid supply and stop. The structure is such that the cooling liquid accumulated in the cooling liquid can be rapidly discharged to prevent the cooling liquid flow path pipe from bursting.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

本発明に係る核融合装置の好ましい実施例を、
添付図面に従つて詳説する。
A preferred embodiment of the nuclear fusion device according to the present invention is as follows:
A detailed explanation will be given according to the attached drawings.

第1図は、本発明に係る核融合装置の実施例の
説明図である。第1図においてプラズマを閉じ込
める真空容器である放電管10は、ドーナツ状に
形成され、その周囲に放電管10と同心状のポロ
イダルコイル12が設けられている。更に、ポロ
イダルコイル12の周囲には、超電導コイルとし
て形成されたトロイダルコイル14が配置されて
いる。そして、ポロイダルコイル12とトロイダ
ルコイル14との間には、輻射熱遮蔽板16が設
けてあり、高温となる放電管10からの輻射熱が
トロイダルコイル14に達するのを防止してい
る。また、放電管10、トロイダルコイル14等
は、断熱容器18内に収納され、外界と遮断され
てトロイダルコイル14が図示しない極低温冷却
装置により極低温状態に保つことができるように
なつている。
FIG. 1 is an explanatory diagram of an embodiment of a nuclear fusion device according to the present invention. In FIG. 1, a discharge tube 10, which is a vacuum vessel for confining plasma, is formed into a donut shape, and a poloidal coil 12 concentric with the discharge tube 10 is provided around the donut shape. Furthermore, a toroidal coil 14 formed as a superconducting coil is arranged around the poloidal coil 12. A radiant heat shielding plate 16 is provided between the poloidal coil 12 and the toroidal coil 14 to prevent radiant heat from the discharge tube 10, which becomes high in temperature, from reaching the toroidal coil 14. Further, the discharge tube 10, the toroidal coil 14, etc. are housed in a heat insulating container 18 and are isolated from the outside world so that the toroidal coil 14 can be kept at a cryogenic temperature by a cryogenic cooling device (not shown).

ポロイダルコイル12は、水冷されるようにな
つており、給水配管20と戻り配管22とが接続
されている。この給水配管20と戻り配管22と
は、それぞれ水槽24に接続されており、また給
水配管20にはポンプ26が設けてある。更に、
給水配管20には、図示しない高圧窒素ガス源と
連通するガス吹き込み配管28が接続され、矢印
30に示すように窒素ガス(N2)を給水配管2
0中に吹き込めるようになつている。なお、図中
に示す符号32は、水槽24に設けたガス流出管
である。
The poloidal coil 12 is water-cooled, and is connected to a water supply pipe 20 and a return pipe 22. The water supply pipe 20 and the return pipe 22 are each connected to a water tank 24, and the water supply pipe 20 is provided with a pump 26. Furthermore,
A gas blowing pipe 28 communicating with a high-pressure nitrogen gas source (not shown) is connected to the water supply pipe 20, and nitrogen gas (N 2 ) is supplied to the water supply pipe 2 as shown by an arrow 30.
It is now possible to blow into 0. In addition, the code|symbol 32 shown in the figure is a gas outflow pipe provided in the water tank 24.

上記の如く構成した実施例の作用は、次の通り
である。通常の核融合装置の運転中においては、
給水配管20が図示しない高温窒素ガス源とバル
ブ等により遮断されている。そして、ポロイダル
コイル12には、給水配管20を介してポンプ2
6により吸引された水槽24内の冷却水が通水さ
れる。ポロイダルコイル12を冷却した冷却水
は、戻り配管22を通つて再び水槽24に戻る。
一方、トロイダルコイル14は、図示しない極低
温冷却装置により極低温まで冷却される。ところ
がポンプの故障等によりポロイダルコイル12へ
の冷却水の供給が停止すると、給水配管20およ
び戻り配管22内の冷却水の流通が停止し、冷却
水が各配管内に滞留する。この給水配管20、戻
り配管22内に滞留した冷却水は、トロイダルコ
イル14を冷却している極低温冷却装置により冷
却され、凍結して給水配管20、冷却配管22を
破裂させる虞れがある。そこで、冷却水の供給が
停止されたことを流量計等の信号により検出した
ときは、直ちにガス吹き込み配管28から矢印3
0の如く高圧の窒素ガスを給水配管20内に吹き
込む。このため、給水配管20および戻り配管2
2内の冷却水は、水槽24内に掃き出され、給水
配管20および戻り配管22内における冷却水の
凍結が防止され、これら配管の破裂を防止するこ
とができる。なお、冷却水とともに水槽24に入
つた窒素ガスは、ガス流出管32から大気中に放
出される。
The operation of the embodiment configured as described above is as follows. During normal fusion device operation,
The water supply pipe 20 is shut off by a high temperature nitrogen gas source and a valve (not shown). A pump 2 is connected to the poloidal coil 12 via a water supply pipe 20.
The cooling water in the water tank 24 sucked by 6 is passed through. The cooling water that has cooled the poloidal coil 12 returns to the water tank 24 again through the return pipe 22.
On the other hand, the toroidal coil 14 is cooled to a cryogenic temperature by a cryogenic cooling device (not shown). However, when the supply of cooling water to the poloidal coil 12 is stopped due to a pump failure or the like, the flow of cooling water in the water supply pipe 20 and the return pipe 22 is stopped, and the cooling water remains in each pipe. The cooling water remaining in the water supply pipe 20 and the return pipe 22 is cooled by the cryogenic cooling device that cools the toroidal coil 14, and there is a risk that it will freeze and cause the water supply pipe 20 and the cooling pipe 22 to burst. Therefore, when it is detected by a signal from a flow meter, etc. that the supply of cooling water has been stopped, the gas injection pipe 28 is immediately
A high pressure nitrogen gas such as 0 is blown into the water supply pipe 20. For this reason, the water supply pipe 20 and the return pipe 2
The cooling water in the water tank 24 is swept out into the water tank 24 to prevent the cooling water from freezing in the water supply pipe 20 and the return pipe 22, thereby preventing these pipes from bursting. Note that the nitrogen gas that has entered the water tank 24 together with the cooling water is released into the atmosphere from the gas outlet pipe 32.

第2図〜第4図は、本発明に係る核融合装置の
他の実施例の説明図である。第2図に示した実施
例は、放電管10を冷却する給水配管20に高圧
窒素ガスを吹き込めるようにしたものである。放
電管10は、ポロイダルコイル12と同様に水冷
されており、放電管10への冷却水の供給が何ら
かの原因で停止した場合に前記と同様の操作を行
うことにより給水配管20と戻り配管22との凍
結に伴う破裂を防止する。
FIGS. 2 to 4 are explanatory diagrams of other embodiments of the nuclear fusion device according to the present invention. In the embodiment shown in FIG. 2, high-pressure nitrogen gas can be blown into the water supply pipe 20 that cools the discharge tube 10. The discharge tube 10 is water-cooled like the poloidal coil 12, and if the supply of cooling water to the discharge tube 10 stops for some reason, the water supply pipe 20 and return pipe 22 can be connected by performing the same operation as described above. Prevents bursting due to freezing.

第3図に示した実施例は、リミツタ34を水冷
している給水配管20に高圧窒素ガスを吹き込め
るようにしたものである。リミツタ34は、放電
管10内に設けられ、プラズマの断面寸法を制限
し、プラズマの位置制御をするものである。第4
図の実施例は、空心変流器コイルを水冷している
給水配管20に高圧窒素ガスを吹き込めるように
したものである。空心変流器コイル36は、放電
管10内のプラズマに大電流を流すためのもの
で、ドーナツ状に形成した放電管10(ドーナ
ツ)の中心部に設けられる。
In the embodiment shown in FIG. 3, high pressure nitrogen gas can be blown into the water supply pipe 20 that cools the limiter 34 with water. The limiter 34 is provided within the discharge tube 10 to limit the cross-sectional dimension of the plasma and control the position of the plasma. Fourth
In the illustrated embodiment, high-pressure nitrogen gas can be blown into a water supply pipe 20 that cools an air-core current transformer coil with water. The air-core current transformer coil 36 is for passing a large current through the plasma within the discharge tube 10, and is provided at the center of the donut-shaped discharge tube 10 (doughnut).

第5図に示した実施例は、戻り配管22に電磁
弁38を有する排出管40を設けたものである。
このような構成とすることにより第5図に示す如
く水槽のないクローズドシステムの冷却系にも適
用することができる。また、第6図に示した実施
例は、断熱容器18内に設けた水冷される各機器
の総ての供給配管および戻り配管に高圧窒素ガス
を吹き込めるように構成した例を示したものであ
る。
In the embodiment shown in FIG. 5, the return pipe 22 is provided with a discharge pipe 40 having a solenoid valve 38.
With such a configuration, it can also be applied to a closed system cooling system without a water tank as shown in FIG. Further, the embodiment shown in FIG. 6 shows an example in which high pressure nitrogen gas can be blown into all supply piping and return piping of each water-cooled device provided in the heat insulating container 18. be.

なお、前記実施例においては給水配管20に吹
き込むガスが窒素ガスである場合について説明し
たが、このガスは乾いたものであれば何んでもよ
い。また、前記実施例においては断熱容器18内
の機器が水冷される場合について説明したが、こ
れらの機器を冷却する冷却媒体はオイル等の場合
についても適用することができる。更に、前記実
施例においてはトロイダルコイル14が超電導コ
イルである場合について説明したが、トロイダル
コイル14が液体窒素で冷却される装置について
も同様に適用することができる。
In addition, although the case where the gas blown into the water supply pipe 20 was nitrogen gas was explained in the said Example, this gas may be any dry gas. Further, in the embodiment described above, a case has been described in which the equipment in the heat insulating container 18 is water-cooled, but the cooling medium for cooling these equipment can also be applied to a case where oil or the like is used. Further, in the above embodiment, the case where the toroidal coil 14 is a superconducting coil has been described, but the present invention can be similarly applied to an apparatus in which the toroidal coil 14 is cooled with liquid nitrogen.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように本発明によれば、低温液体
冷却装置の作動中に低温液体冷却装置と併存して
設けた冷却液体流路管に冷却液体が供給されない
ときの冷却液体流路管の破裂を防止することがで
きる。
As explained above, according to the present invention, the rupture of the cooling liquid flow path pipe when the cooling liquid is not supplied to the cooling liquid flow path pipe provided in conjunction with the low temperature liquid cooling device during the operation of the low temperature liquid cooling device can be prevented. It can be prevented.

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

第1図はポロイダルコイルを水冷する本発明に
係る核融合装置の実施例の説明図、第2図は放電
管を水冷する本発明に係る核融合装置の実施例の
説明図、第3図はリミツタを水冷する本発明に係
る核融合装置の実施例の説明図、第4図は空心変
流器コイルを水冷する本発明に係る核融合装置の
実施例の説明図、第5図は水冷装置がクローズド
システムである本発明に係る核融合装置の実施例
の説明図、第6図は断熱容器内の各機器が水冷さ
れている本発明に係る核融合装置の実施例の説明
図である。 10……放電管、12……ポロイダルコイル、
14……トロイダルコイル、18……断熱容器、
20……給水配管、22……戻り配管、24……
水槽、26……ポンプ、28……ガス吹き込み配
管。
Fig. 1 is an explanatory diagram of an embodiment of a nuclear fusion device according to the present invention that cools a poloidal coil with water, Fig. 2 is an explanatory diagram of an embodiment of a nuclear fusion device according to the invention that cools a discharge tube with water, and Fig. 3 is an explanatory diagram of an embodiment of a nuclear fusion device according to the present invention that cools a discharge tube with water. FIG. 4 is an explanatory diagram of an embodiment of the fusion device according to the present invention that water-cools an air-core current transformer coil, and FIG. FIG. 6 is an explanatory diagram of an embodiment of the nuclear fusion device according to the present invention, which is a closed system. FIG. 10...discharge tube, 12...poloidal coil,
14...Toroidal coil, 18...Insulating container,
20... Water supply piping, 22... Return piping, 24...
Water tank, 26...pump, 28...gas blowing piping.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 プラズマを収容する真空容器と、この真空容
器の周囲に配設したプラズマ閉じ込め磁場を形成
する磁場発生コイルと、この磁場発生コイルを冷
却する低温液体冷却装置と、前記真空容器と前記
磁場発生コイルとを収納する断熱容器と、この断
熱容器内の機器を冷却する前記低温液体冷却装置
と併存して設けた冷却液体流路管とを有する核融
合装置において、前記冷却液体流路管は、前記低
温液体冷却装置の作動中に冷却液体流路管への冷
却液体の供給が停止したとき、冷却液体流路管内
にガスを注入する高圧ガス源に接続されているこ
とを特徴とする核融合装置。
1. A vacuum vessel that accommodates plasma, a magnetic field generation coil that forms a plasma confinement magnetic field disposed around this vacuum vessel, a low-temperature liquid cooling device that cools this magnetic field generation coil, and the vacuum vessel and the magnetic field generation coil. and a cooling liquid flow path pipe provided in conjunction with the low temperature liquid cooling device that cools the equipment in the heat insulation container, the cooling liquid flow path pipe is configured to contain the A fusion device characterized in that the fusion device is connected to a high-pressure gas source that injects gas into the cooling liquid flow path when the supply of cooling liquid to the cooling liquid flow path is stopped during operation of the low temperature liquid cooling device. .
JP58130631A 1983-07-18 1983-07-18 Nuclear fusion device Granted JPS6022687A (en)

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