JPH02309288A - 核融合炉 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は新規な核融合装置に係り、特に水素同位体燃料
を使用する核融合炉のプラズマ又は粒子線に対向して置
かれる低トリチウム透過性を有する強制冷却型炉壁を用
いた核融合装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の核融合装置は、特開昭６１−１０４０６４号公報
に記載のように水素同位体プラズマに対向する核融合炉
壁の冷却金属基体表面にトリチウム透過防止用に設けら
れた低トリチウム透過層は直接プラズマ粒子にさらされ
る構造となっていた。また、同様の目的で冷却金属基体
表面に設けられた水素同位体原子の再結合定数の大きい
金属被覆層も。

特開昭６２−２４０７７３号公報に記載のようにプラズ
マ粒子にさらされる構造と成っていた。

又、特開昭６１−９９６６７号公報及び特開昭５６−１
１５９８３号公報に記載されている様に、トリチウム透
過防止層が、冷却金属基体の冷却媒質流路側表面に設け
られ、低トリチウム透過層がプラズマ粒子にさらされな
い様な構造の場合には、冷却金属基体が直接プラズマ粒
子にさらされる構造と成っていたので１表面の溶融、水
素脆化等水冷金Ｒ基体自体の健全性に問題が生じた。一
方、特開昭５８−２４６３３号公報記載の様に冷却金属
基体が直接プラズマにさらされない様にＳｉＣなどの高
融点の耐熱性部材で覆われた構造のものでは、耐熱部材
と冷却媒質用流路の間には何ら水素同位体の透過防止層
が設けられておらず、又、耐熱材で覆われていない冷却
金属基体の部分にも低トリチウム透過層が設けられて居
ない構造と成って居た。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術ではプラズマ対向面側の冷却金属基体表面
にトリチウム透過防止用に設けられた低トリチウム透過
性被覆層が炉心部から飛来する水素同位体及び不純物粒
子によりスパッタリングを受け、又、熱負荷で基材表面
層が溶融し、被覆層が破壊されたりするなど低トリチウ
ム透過層の損耗率が高いという問題点があった。又、低
トリチウム透過防止層の温度上昇により、水素同位体の
拡散速度が大きくなり、トリチウム透過量が大きくなる
という問題点があった。一方、トリチウム透過防止層が
冷却金属基体の冷却媒質流路側表面にのみ設けられてい
る場合には、金属基体のプラズマ対向面から入射した水
素同位体粒子が容易に金属基体内部に拡散・溶解し、金
属基体中の粒界に偏析し１粒界破壊を招く危険性が高く
、構造的信頼性において問題点があった。上記従来技術
では、プラズマ粒子の射突により冷却基材表面原子が叩
き出されたり、表面原子が蒸発して、炉心プラズマ中に
混入し、輻射エネルギ損失効果を増大させプラズマの温
度を低下させるという問題点を有していた。

又、冷却金属基体のプラズマ側表面に耐熱性部材を配置
して、プラズマ粒子が直接金属基体表面に入射しない様
にした場合でも、炉心室内の水素同位体分子又は原子状
水素同位体が冷却金属基体表面から、基体内に溶解し、
容易に冷却基体内を拡散・透過し、冷却媒質中に漏出す
るという問題点があった。

又、冷却金属基体として使用される銅、ステンレス鋼中
の水素同位体の溶解度は温度の上昇と共に増大する傾向
を示すため、−たん冷却金属中に溶解した水素同位体の
再放出を促進し、除去する手段として加熱法を用いても
効果が無い。従って。

冷却金属基体中及び真空容器壁用構造材料中への水素同
位体の溶解を防止するための低トリチウム透過層を設け
ない場合には、長期間にわたる炉の運転により、冷却金
属基体及び真空容器構造材料中に溶解する水素同位体粒
子の量が増大し、溶解した水素同位体の除去が困難であ
るという炉心の保守・運転上の問題があった。

本発明の目的は、炉心で使用される水素同位体燃料粒子
が真空容器内壁面及び冷却金属基体中に溶解・透過し、
冷却媒質中へ漏出することを防止し、又、水素脆性によ
る冷却金属基体の樋造的健全性の低下を防止し、又燃料
粒子が真空容器及び冷却金属基体中に溶解して失なわれ
る量を低く抑え、又、炉壁から炉心プラズマ中に混入す
る不純物原子の量を低く抑えることが出来る核融合炉及
びそのダイバータと真空容器炉壁を提供することにある
。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、水素同位体プラズマを封入する真空容器、前
記プラズマを該真空容器内の所定の位置に保持する閉じ
込め磁場発生用コイル、前記真空容器を冷却する冷媒流
路を構成する冷却金属基体を備えた核融合炉において、
前記冷却金属基体の少なくとも前記プラズマ封入面側表
面１こ前記冷却金属基体より低いトリチウム透過性を有
する低トリチウム透過層を有し、かつ該低トリチウム透
過層を前記プラズマ又は粒子線に対して熱遮へ１１する
前記冷却金属基体より耐火性の耐熱性部材が前記低トリ
チウム透過層上に設けられていることを特徴とする核融
合炉にある。

また本発明は、電離した粒子を中性化して排気させるダ
イバータを備えた核融合炉におり）て、前記ダイバータ
を冷却する冷媒流路を構成する冷却金属基体の少なくと
も前記プラズマ封入面側表面に前記冷却金属基体より低
いトリチウム透過性を有する低トリチウム透過層を有し
、かつ該低トリチウム透過層を前記プラズマ又は粒子線
に対して熱遮へいする前記冷却金属基体より耐火性の耐
熱性部材が前記低トリチウム透過層を被うように設けら
れていることを特徴とする。

また、ダイバータを備えたものにおいて、該ダイバータ
を冷却する冷媒流路を構成する冷却金属基体及び、該冷
却金属基体を取り囲む該冷却金属基体より耐火性を有す
る耐熱性部材を有し、かつ前記ダイバータは前記真空容
器を構成する前記冷却金属基体に接して固定されている
ことを特徴とする。

また、本発明は真空容器を冷却する冷媒流路を構成する
冷却金属基体、前記真空容器内に設けられ電離した粒子
を中性化して排気させるダイバータを備えた核融合炉に
おいて、前記ダイバータは該ダイバータを冷却する冷媒
流路を構成する冷却金属基体及び該冷却金属基体を取り
囲む該冷却金属基体より耐火性を有する耐熱性部材を有
し、かつ前記真空容器及びダイバータを構成する冷却金
属基体表面の少なくとも前記プラズマ封入面側に前記金
属基体より低いトリチウム透過性を有する低トリチウム
透過層を有することを特徴とする。

更に、この核融合炉において、真空容器炉壁は低トリチ
ウム透過層を介して耐熱性部材が設けられる。

本発明は、前述の核融合炉において、ダイバータは真空
容器を構成する冷却金属基体に接して固定され、真空容
器及びダイバータを構成する冷却金属基体表面の少なく
とも前記プラズマ封入面側に金属基体より低いトリチウ
ム透過性を有する厚さ０．１μｍ〜３０μｍの低トリチ
ウム透過層を有し、低トリチウム透過層は６００℃にお
けるトリチウムの拡散係数がＩ　Ｘ　１０−９ａｌ／　
ｓ以下であるＣ、Ｂｅ、Ｂｅの炭化物及び酸化物、８４
Ｃ。

Ａｆｌの酸化物及び窒化物、Ｓｉの炭化物、酸化物及び
窒化物、Ｔｉの酸化物及び窒化物、Ｃｒの酸化物及び窒
化物、Ｍｎの酸化物、Ｚｒの酸化物のうちの１種又は２
種以上であり、この低トリチウム透過層の表面にＢｅ、
Ｃ，Ａｆｌ、Ｔｉ、Ｃｒ。

Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗの１種又は２
種以上よりなる金属層を介して前記耐熱性部材がろう材
によって接合され、前記耐熱性部材は、炭素繊維、Ｓｉ
Ｃ繊維、ＢＩ３維、Ｂ４Ｃｗｊ、雄の１種又は２種以上
を強化繊維とし、炭素、ＳｉＣ。

Ｂｅ、Ｂ４Ｃ，ＢｅｚＣ，５ｉＯｚ、ＢｅＯの１種又は
２種以上を母材とする熱衝撃係数２０に、Ｗ／ｍ以上で
ある繊維強化型耐熱性部材からなり、冷却金属基体は非
磁性オーステナイト合金からなることを特徴とする特 本発明は、冷媒流路を構成する冷却金属基体の少なくと
もプラズマ封入面側に前記冷却金属基体より低いトリチ
ウム透過性を有する低トリチウム透過層を有し、かつ該
低トリチウム透過層を前記プラズマ又は粒子線に対して
熱遮へいする前記冷却金属基体より耐火性の耐熱性部材
が前記低トリチウム透過層に設けられていることを特徴
とする核融合炉用ダイバータにある。

本発明は、冷媒流路を構成する冷却金属基体の少なくと
もプラズマ封入面側に該冷却金属基体より低いトリチウ
ム透過性を有する低トリチウム透過層を有し、かつ該低
トリチウム透過層を前記プラズマ又は粒子線に対して熱
遮へいする前記冷却金属基体より耐火性の耐熱性部材が
前記低トリチウム透過層に設けられていることを特徴と
する核融合炉用真空容器炉壁にある。

前述の如く、本発明は、水素同位体粒子が真空容器及び
強制冷却型炉壁の冷却金属基体中に溶解・拡散・透過す
ることを防止するための低トリチウム透過層を真空容器
及び強制冷却型炉壁の冷却金属基体の少なくとも真空側
表面に設けたものである・ また、上記低トリチウム透過層の、水素同位体プラズマ
粒子又は粒子線の入射による損耗防止。

又プラズマからの入熱による低トリチウム透過層の温度
上昇に起因する水素同位体の拡散・透過防止効果の減殺
を防ぎ、プラズマの熱負荷による冷却金属基体表面の溶
融、熱応力による表面被覆層の剥離及び亀裂発生を防止
し、冷却金属基体表面のスパッタリング、蒸発、剥離な
どにより真空中に放出された原子がプラズマ中に混入し
、プラズマ温度の低下をもたらすことを防ぐために、上
記低トリチウム透過層をプラズマ又は粒子線から遮蔽す
る様に耐熱性部材を設置したものである。

さらに、上記目的を達成するために上記低トリチウム透
過層を構成する材料をトリチウムの拡散係数が例えば６
００℃において冷却金属基体材料に比べて４桁以上低い
１０−”ａＪ／ｓ以下のものとしたものである。

さらに、上記目的を達成するために上記低トリチウム透
過層の構成材料を、トリチウムに対して拡散係数の低い
値を有するＣ、Ｂｅ、Ｂｅの炭化物又は酸化物、ＢａＣ
，ＡΩの酸化物又は窒化物、Ｓｉの炭化物、酸化物及び
窒化物、Ｔｉの酸化物及び窒化物、Ｃｒの酸化物及び窒
化物、Ｍｎの酸化物、Ｚｒの酸化物のうちの１種又は２
種以上より成る材料で構成したものである。

さらに、膜厚が０．１μｍ以下で低トリチウム透過層９
の効果が急激に低下するので上記の低トリチウム透過層
のトリチウム透過防止効果を確実なものとするために、
低トリチウム透過層の厚さを少なくとも０．１μｍとす
る。

さらに、炉心室である真空容器内部の水素同位体雰囲気
ガスが低トリチウム透過層と冷却金属基体との界面に侵
入し、冷却金属基体中を透過して炉心外へ漏出しない様
に低トリチウム透過層を真空容器内壁面及び冷却金属基
体の真空側表面に密着させ、すき間なく覆う様に形成し
たものである。

又、低トリチウム透過層を冷却金属基体の冷却媒質の流
路側表面にも形成し、冷却金属基体中を透過して流路側
表面近傍に到達したトリチウムの冷却媒質中への混入を
防止したものである。

さらに、炉心プラズマ又は粒子線の熱又は炉内発生した
各種放射線による熱の流入により、冷却金属基体及びそ
の表面に形成された低トリチウム透過層が繰り返し受け
る１０４回以上、温度差３００℃以上の熱サイクルに耐
えるものとしたものである。

上記目的のため冷却金属基体表面に密着して形成した低
トリチウム透過層の厚みを０．１μｍ以上３０μｍ以下
とし、低トリチウム透過層の熱応力による剥離を防止し
たものである。

またそのために、冷却金属基体と低トリチウム透過層の
界面に、深さ方向の組成が連続的に変化する遷移層を設
けたものである６ 低トリチウム透過層の厚さが３０μｍを越えると低トリ
チウム層９と冷却金属基体５との熱膨張係数の差により
熱サイクルによる低トリチウム層の剥離が生じる場合が
認められた。

さらに、他の目的として、炉心室内の雰囲気ガスの主要
成分である水素同位体粒子により低トリチウム透過層が
化学的に還元されたり、あるいは重水又はトリチウム水
として吸着するのを防止するために金属被覆層を設けた
ものである。また。

この金属被覆層を設けることにより、低トリチウム透過
層の上層に耐熱性部材などを冶金的に接合し得る様にし
たものである。

さらに、上記目的のためＣｕ、Ｃｒ、Ｆｅ合金、Ｎｉ合
金Ａｇ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｇｏなどの金属被覆層を設け
たものである。

さらに、冷却金属基体との界面に遷移層を設けることに
より密着性の高い熱サイクルに対しても健全性の高い低
トリチウム透過層を形成する方法として、Ｂｅ、Ｂ、Ｃ
，Ｍｇ、ＡＱ、Ｓｉ、Ｔｓ。

Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒのうちの１種又は２種以上の元素を金
属基板上に蒸着しなからＯ，Ｎ、及び上記元素のプラズ
マ又はイオンビームのうち１種又は２種以上を照射する
方法を採用することができる。

さらに、低トリチウム透過層の形成方法として真空容器
用金属基材及び冷却金属基体の表面にＡＱ、Ｂｅ、Ｓｉ
、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｚｒのうちの１種又は２種以上を
含むコーティング層を形成したのち、Ｏｚ、Ｎｚ、又は
炭化水素中で熱処理する方法により、緻密な低トリチウ
ム透過層を形成することができる。

さらに、真空容器及び冷却金属基体などの炉心構造部材
を取り付けた後も、耐熱性部材を取り付ける前、あるい
は取り付は後に、真空容器内を真空排気した後、Ｏｚ、
　Ｎｘ、炭化水素ガス、　ＳｉＨ番。

ＮＨａの１種又は２種以上を反応ガスとし、これらのガ
ス又はこれらのガスとＨｚ、　Ｐｚ、希ガスなどのキャ
リヤーガスとの混合ガスを導入した後。

プラズマ放電を行うことにより、複雑な内壁形状。

かつ大面積の内壁面に低トリチウム透過層を容易に形成
することができる。

、　また、前記方法において、プラズマ放電と同時に、
Ｂｅ、Ｂ、Ｓｉ、ＡＱ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒの蒸発源から
真空容器内壁面又は冷却金属基体表面にこれらの金属元
素の蒸着を行う方法により高い成膜速度で低トリチウム
透過層を形成出来る。

また、低トリチウム透過層の表面に金属被ｒｌ１Ｍを形
成する場合にも、金属基板との境界層に深さ方向に連続
的に組成が変化する遷移領域層を設けることにより低ト
リチウム透過層と冷却金属層の密着性を向上させること
ができる。

また上記目的の達成のため、低トリチウム透過層構成元
素のイオンビームを照射しつつ同時に金属被覆層構成元
素を真空蒸着し、膜形成の進行と共にイオンビーム強度
を徐々に減少させる方法を採用することができる。

一方、炉心プラズマ又は粒子線の熱負荷による耐熱性部
材表面の溶融を防止するために耐熱性部材の融点は少な
くとも２０００℃とすることが好ましい。

そのために、耐熱性部材はＣ，Ｂｅ、Ｂｅの炭化物及び
窒化物、ＳｉＣ，Ｂ４Ｃ，Ｔｉの炭化物、Ｍｏ、Ｗ、Ｒ
ｅのうちに１種又は２種以上より成るのが好ましい。

また、上記の耐熱性部材のうち、炉心プラズマに対向し
て置かれる耐熱性部材の表面からプラズマ粒子の入射に
より叩き出された構成原子がプラズマ中に混入して炉心
プラズマの温度を下げたり、またはプラズマ閉じ込め条
件の不安定化を招くことを防止するため、耐熱性部材の
構成元素を原子番号１４以下とすることが好ましい。

また、耐熱性部材がプラズマ又は粒子線の熱の瞬間的な
流入又は急激な遮断による熱衝撃により破壊しないよう
に材料の選定、評価を行い、耐熱部材のヤング率（Ｅ）
、熱膨張係数（α）、熱伝導率（Ｋ）、引張り強度（σ
ｔ）、ポアソン比（１）等の特性値により（１）式のよ
うにして求められる熱衝撃パラメータ（Ｒ′）が少なく
とも２０　ｋ　Ｗ／　ｍ以上であるものが望ましいこと
を明らかにした。

Ｅ　α またそのために、耐熱性部材を前述の材料から選定する
が、特にＣｍ維強化−Ｃマトリックス材、Ｃ繊維強化−
８ｉＣマトリツクス材、ＣＩｌ！維強化−Ｂｅマトリッ
クス材、Ｂ繊維強化−〇マトリックス材、Ｃ繊維強化−
８４Ｇ　マトリックス材、ＳｉＣ＃ａ維強化−８ｉＣマ
トリツクス材、Ｃ繊維強化ＢｅｚＣマトリックス材、Ｂ
ｅ　繊維強化−Ｃマトリックス材、ｓｉｃ！ａ維強化−
８４Ｇ　マトリックス材のうちの１種又は２種以上より
構成される様にしたものが望ましい。

さらに、プラズマ又は粒子線の熱の流入により耐熱性部
材ψ温度が許容範囲を越えて上昇する事を防止するため
、耐熱性部材は低トリチウム透過層及び金属被覆層を介
して冷却金属基板上に接触させ、又は冶金的に接合した
構造としたものである。

一方、上記と同様の目的でダイバータ中性化板にも適用
したものである。

また、同じくトリチウム中性粒子を炉心内へ注入し、炉
心プラズマの加熱を行うために使用される中性粒子入射
加熱装置のビームダンパ一部から冷却媒質中へトリチウ
ムが漏れ出るのを防止するために同様の構造を採用した
ものである。

〔作用〕

真空容器及び冷却金属基体の真空側表面に設けた低トリ
チウム透過層と炉心プラズマ又は粒子線の運動する空間
領域との間に、プラズマからの漏えい粒子又は粒子線を
遮蔽する様に設けられた耐熱性部材は、低トリチウム透
過層に上記粒子又は粒子線が射突し、あるいは輻射熱が
流入するのを防止する。それによって運転中における低
トリチウム透過層の温度上昇を、耐熱性部材のない場合
に比べて低く保つことが出来、したがってトリチウムの
拡散速度を大巾に低くすることが出来、その結果、トリ
チウムの冷却金属基体内部への侵入・拡散・透過量を小
さく抑えることが出来る。同時に、低トリチウム透過層
の受ける繰り返し熱負荷による破壊効果を減じ、破壊に
より発生する亀裂を伝って進行するトリチウムの冷却金
属基体内への侵入の確率を低く抑えることが出来る。ま
た、数１０ａＶ以上の運動エネルギを有し、固体表面の
原子を真空中に叩き出す効果を有するプラズマからの漏
えい粒子又は粒子線の低トリチウム透過層表面への入射
を防止することによって、低Ｉ・リチウム透過層のスパ
ッタリングによる損耗及び化学的活性な水素同位体粒子
による還元１分解等による損耗を防止する効果が得られ
る。一方、スパッタリング、還元・分解などにより低ト
リチウム透過層表面から放出される原子が炉心プラズマ
中に不純物として混入してプラズマ温度の低下をもたら
すことを防止出来る。

冷却金属基体表面に設けた低トリチウム透過層はトリチ
ウムに対する拡散速度が冷却金属基体中よりも少なくと
も４桁以上小さいＣ，Ｂｅ、Ｂａの炭化物又は醸化物、
Ｂ４Ｃ、Ａｌ　　の酸化物又は窒化物、Ｓｉの炭化物、
Ｃｒの酸化物及び炭化物、Ｍｎの酸化物、Ｚｒの酸化物
又は炭化物の中の１種又は２種以上より構成したのでト
リチウム透過量を低く抑えることが出来る。また、低ト
リチウム透過層の厚さを少なくとも０．１μｍ以上とし
たので、冷却金属基板表面を連続した膜で覆うことが出
来、トリチウムの拡散・透過防止効果を確実なものにす
ることが出来る。逆に低トリチウム透過層の膜厚が０゜
１μｍ以下ではトリチウム透過防止効果は著しく低下す
る。

低トリチウム透過層は冷却金属基体に密着して形成した
ので、低トリチウム透過層と冷却基体の間にガスが閉じ
込められ、真空容器の超高真空排気特性を損なうような
ことはない。又、低トリチウム透過層と冷却金属基体と
の界面に溶解した水素原子が析出・再結合し、ガス状と
なって界面に気泡を形成し、低トリチウム透過層の剥離
の原因となることもない。低トリチウム透過層は冷却金
属基体の流路側表面にも形成されるが、その場合には、
真空側から透過して来たトリチウム原子の、冷却媒質中
への混入を流路表面で喰い止める効果があり、また一方
、冷却媒質が熱及び放射線により分解して生成した水素
原子の冷却金属基体への溶解をも防止する効果がある。

低トリチウム透過層の厚さは高々３０μｍ以下とし、又
、低トリチウム層と冷却金属基体との間に遷移層を設け
たことにより、低トリチウム透過層と冷却金属基体の熱
膨張係数の不斉合により界面に発生する剪断熱応力の界
面への集中を防止することが出来、低トリチウム透過層
がくり返し熱応力により損傷することがない。

さらに、低トリチウム透過層の表面に、金属被覆層を設
けると低トリチウム透過層が真空容器内の雰囲気ガス成
分である水素同位体粒子に直接触れて分解し、真空中に
生成ガスを放出することを防止する効果があるので特に
望ましい。又、低トリチウム透過層をプラズマ又は粒子
線から防護するための耐熱性部材を冷却金属基体表面に
冶金的に接合する場合には、低トリチウム透過層表面の
金属との濡れ性を改善し、冶金的接合を容易に行えると
いう効果がある。特に、Ｃｕ、Ｃｒ、ＳＯ３゜Ｎｉ合金
、Ａ　ｕ　ｓ　Ｍｏ　＋　Ｗなどの金属は水素分子が吸
着・解離してもすみやかに再結合・再放出するためトリ
チウムの炉壁材料中への浸入防止効果を更に確実にする
ことが出来る。

低トリチウム透過層をプラズマ粒子及び粒子線の照射か
ら防護するために設けられた耐熱性部材は融点２０００
℃以上、熱衝撃パラメータ２０ｋＷ／ｍ以上とするのが
好ましい、そのため、耐熱性部材はプラズマ粒子又は粒
子線の熱負荷の流人によっても熱的及び熱機械的に損傷
するということが無い。又、特に上記耐熱性部材のうち
、炉心プラズマに対向して設けられるものは、構成元素
を原子番号１４以下の軽元素とし、耐熱性部材がプラズ
マ粒子又は粒子線により短期間の内に損耗し、交換の必
要が生じることを防止する効果があるだけでなく、耐熱
性部材から叩き出された構成元素が炉心プラズマ中に混
入して、プラズマの温度を低下させ、核融合反応条件を
維持出来なくなることを防止する効果がある。

プラズマからの熱流束が大きく、耐熱部材の温度上昇が
、輻射による冷却では高くなりすぎる場合には、耐熱性
部材を冷却基体上に機械的に接触させて締結するか、又
は冶金的に接合する構造とした。冶金的接合の場合には
既に述べた様に、低トリチウム透過層上の金属被覆層が
ロウ材の濶れ性を良くする働きがあり接合を確実にする
。又、耐熱部材自体の少なくとも冷却金属基体側に低ト
リチウム透過性を有する場合には、耐熱性部材を直接冷
却金属基体に冶金的に接合し、耐熱性部材の間隙部分の
冷却金属基体表面に低トリチウム透過層を設けることに
より、実質的に低トリチウム透過層で冷却金属基体の真
空側表面を覆うことが出来る。その場合にも、耐熱性部
材は、低トリチウム透過層をプラズマ粒子又は粒子線の
射突に対し遮蔽する様に配置され、低トリチウム透過層
のプラズマ粒子又は粒子線の照射による損傷から保護す
る働きがある。

〔実施例〕

［実施例１］ 第１図は本発明に係るトカマク型核融合炉の全体断面図
である。水素同位体である重水素及び三重水素の混合ガ
スを放電ガスとする炉心プラズマ１は、トーラス状の真
空容器２に巻きつく様に複数個並べられたトロイダルコ
イル３と、真空容器２と同軸状に上下対称に並べられた
複数個のポロイダルコイル４とによって真空容器内に形
成されたトーラス状の平衡閉じ込め磁場により、真空容
器２の内部に安定に閉じ込められる。真空容器２の外周
には真空容器冷却系６が設けられ、真空容器の冷却が行
なわれる。

後述する第３図に示すように、真空容器２の内壁面上で
特にプラズマ又はプラズマを加熱するための粒子線の入
射により高い熱流束を受ける領域にはとくに冷却金属基
体５が設けられ、強制冷却金属基体冷却系７によって冷
却されている。真空容器冷却系６及び強制冷却金属基体
冷却系７にはトリチウム分眉回収装Ｍ８が設けられ、炉
心室である真空容器２の壁面あるいは冷却金属基体５を
透過して冷却媒質中に混入した重水素及びトリチウムの
冷却媒質からの分離・回収を行っている。

トリチウム分離回収装置８への負担を軽減するためには
真空容器冷却系６及び強制冷却金属基体冷却系７に漏れ
出て来るトリチウムの量を出来るだけ低く抑える必要が
ある。そのため、真空容器２の内壁面及び冷却金属基体
５の真空側壁面上に低トリチウム透過層９を設は炉心室
である真空容器２の内部を充たしている水素同位体粒子
（分子状又は原子状水素、トリチウム水分子、炭化トリ
チウム分子など）が真空容器２及び冷却金属基体５の内
壁に吸着し、溶解・拡散・透過によってトリチウム原子
が冷却媒質側の表面に到達し、冷却媒質中に混入するの
を防止している。低トリチウム透過層９の表面に直接炉
心プラズマから漏れ出して来る比較的エネルギの高い中
性水素同位体粒子及び不純物粒子、或はプラズマ加熱用
に注入される高エネル、ギの中性水素同位体粒子線が入
射し、高温になると、低トリチウム透過層が損耗酸は破
損するだけでなく、トリチウム透過防止そのものの効果
が失なわれる。従って、本発明では、低トリチウム透過
層と炉心プラズマの間に耐熱性部材１０を介在させ、プ
ラズマ又は粒子線が直接低トリチウム透過層に当らない
ように遮へいする様にしたものである。このように耐熱
性部材を介在させることにより低トリチウム透過１を低
い温度に保つことができるので、トリチウム透過を効果
的に抑えることができる。本実施例では、耐熱性部材を
多数に分割されたタイル状とし、プラズマ電流の大きな
変動によって耐熱性部材１ｏに働く電磁力を許容範囲の
値以下に抑える様にした。又。

特に耐熱性部材１０を冷却金属基体５又は真空容器２の
内壁面に冶金的又は機械的に締結する場合の熱応力を小
さくするように適正な寸法に分割した。なお、耐熱性部
材の電気伝導性が低い場合には、耐熱性部材を一体で製
作することも可能である。また、炉心で発生する核融合
反応生成粒子である高速中性子及びγ線の遮蔽のために
遮蔽体１１が真空容器２とトロイダルコイル３及びポロ
イダルコイル４の間に設けられている。

図中、２７はベルヂャー、２８は真空ポンプ、２９は排
気ダクト遮へい体である。

真空容器２の外側には、これを取り囲むように、中性子
及びガンマ線の漏洩を防ぐため遮へい体１１が設けられ
ている。また、その内部の開孔部にはプラズマ１の不純
物等を防止するための電離した粒子を中性化し排気する
ダイバータが設置されている。

電離した粒子は磁力線に導かれ、磁力線を遮え切るよう
に設置されている中性化プレートに衝突して中性化され
た不純物を含む燃料を主成分とする粒子は排気ダクトか
ら外部へ排気される。このダイバータは、第２図は本発
明に係る真空容器２の部分斜視図である。図に示すよう
に１本発明に係る真空容器２は図中点線に示すように、
複数のセグメントによって構成されたものを一体につな
ぎ合せることによって一体の真空容器２としたものであ
る。冷却金属基体５には炉心側に耐熱性部材１０が金属
的に接合されており、その接合面の後述の第３図に示す
ように金属基体表面に低トリチウム透過層９が形成され
ている。このようなセグメントは予めタイル状の耐熱性
部材１０が一体に金属的に接合したものを、図に示す構
造に溶接によって一体のものに組立てられる。溶接部分
の低トリチウム層が溶接の際に除去されるが、この低ト
リチウム層は後述するように複数段階での形成によって
いく重にも設けることができるので、きわめて効果的に
低トリチウム透過層を形成することができる。図中３０
は内側、３１は外側炉壁であり、３２及び３３によって
冷却される。

第３図は本発明の真空容器２又は冷却金属基体５の炉壁
構造の詳細を示す斜視図である。５ＵＳ３０４ステンレ
ス鋼製の冷却金属基体５には冷却媒質流路１２が設けら
れ又、耐熱性部材１ｏの接合面の間に＠１５を設けてい
る。冷却金属基体５の外表面には連続した低トリチウム
透過Ｍ９が冷却金属基体５に密着して形成され、さらに
低トリチウム透過層９の表面には金属被覆層１４が密着
して形成され、更にその上に中間材１３を介して耐熱性
部材１０がロウ付けされている。隣接する耐熱性部材１
０間の間隙は屈曲した構造とし、耐熱性部材で覆われて
いない低トリチウム透過層９の表面に、プラズマ粒子又
は粒子線が直接入射し得ない構造となっている。その結
果、低トリチウム透過層が入射粒子によってスパッタな
どの損傷を受けることが無く、低トリチウム透過層９の
寿命を長く保つことが出来る。低トリチウム透過層９の
トリチウム透過防止効果は温度が高い程低下する（拡散
係数の増大による）ので、低トリチウム透過層の表面を
耐熱性部材で遮蔽することにより、耐熱性部材が無い場
合に比べて低トリチウム透過層の温度を著しく低く抑え
ることが出来、従ってトリチウム透過防止効果を数倍〜
数１０倍以上向上させることが出来る。

低トリチウム透過層９の冷却金属基体５の表面に対する
形成法の１例を以下に述べる。冷却金属基体５として厚
さ２０ｍの第３図に示す５Ｏ８３０４ステンレス鋼基体
を用いた。このステンレス鋼を２８重量％ＡＱ、２重量
％ＮＨ４ＣＱ、残量Ａ’ＱｚＯａの組成をもつコーティ
ング剤中に入れた後、Ａｒ雰囲気中８００℃、３時間コ
ーティング処理を行い、さらにステンレス鋼をコーティ
ング剤から引き上げ、Ａｒ雰囲気中で１０００℃、１時
間コーティング層の波数処理を行った。その後大気雰囲
気中７００℃、５時間の酸化処理を行い、ステンレス鋼
の表面及び冷却媒質流路１２の内面に平均厚さ３μｍの
ＡｎｚＯｓ被覆層を形成した。

このＡＱｚＯｓ被覆層を有する５ＵＳ３０４製冷却金属
基体５から片側にＡＱｘＯｓ被覆層を有する厚さ０．２
ｍの薄片状の試験片を切り出し、Ａｌ２ｚＯａ被覆層を
施していない５ＵＳ３０４試料と比較したところ、６０
０℃におけるＡｌ２ｚＯａ膜中の重水素の溶解度は３Ｘ
１０１Ｂ原子／Ｃｌ１Ｂ、５ＵＳ３０４中のそれは５ｘ
ｌＯ”Ｊｊｉ子／ａ１１８であり。

一方、重水素の拡散係数はＡｆｉｚＯｇ被覆層中で約１
０−”ａＪ／ｓ、５ＵＳ３０４中では８Ｘ１０″″８ｄ
／ｓであった。又、ＡＱｘＯｓ被覆層のない試料では重
水素の透過量は約１０１’Ｄ原子／　ａＪ　ｓであった
のに対しＡＱｚＯｓ被覆層を有する試料の値は検出感度
以下であり、少なくともＡＱｚＯａ被覆により１０″″
番以上の透過率の減少が認められた。

このようにしてＡＱｚＯｇ膜より成る低トリチウム透過
層９を被覆した冷却金属基体５の表面の耐熱性部材１０
を接合する部分にマグネトロンスパッタ法により、厚さ
１μｍのＮｉよりなる金属被覆層１４を形成し、次に金
属被覆層１４上に厚さ５０μｍのＡｇ−２８重量％Ｃｕ
＠、厚さ２ｎｏのＭｏ板、さらに厚さ５０μｍのＡｇ−
２８重量％Ｃｕ−５重量％Ｔｉロウの箔、さらにフェル
トを基材とする炭素繊維強化炭素材より成る耐熱性部材
１０を重ねて、真空度２　Ｘ　１０−ＩｓＴｏｒｒ以下
の高真空中において８５０℃、３０分間保持した後徐冷
し、第３図に示す耐熱性部材１０が低トリチウム透過層
９を介して冷却金属基板５に冶金的に接合された炉壁体
を得た。

冷却媒質流路１２の内壁面に被覆されたＡＱｚＯｇは冷
却金属基体５中に溶解したトリチウムの冷却媒質中への
漏出を阻止する効果があるばかりでなく、冷却媒質流路
１２内部を流れる冷却媒質による内壁面の損耗速度を小
さくする上でも効果があるばかりでなく、ＡＱｚＯｇ膜
は冷媒によってきわめて低い温度に保たれるので、一層
トリチウムの冷媒中への透過が阻止されることが確認さ
れた。

［実施例２］ 第４図は第３図に示す炉壁構造における耐熱性部材を有
する冷却金属基体からなる真空容器の他の実施例を示す
斜視図である。

５ＵＳ３０４ステンレス鋼製冷却金屈基体５には冷却媒
質流路１２が並列して形成され、耐熱性部材１０を接合
する側の表面には耐熱性部材１０が一定の間隔で敷きつ
められている。耐熱性部材１０の間の冷却金属基体５の
表面には溝１５が設けられ、熱負荷により耐熱性部材１
０と冷却金属基体５の接合部に発生する。熱応力を緩和
出来る構造と成っている。冷却金属基体５の表面には低
トリチウム透過層９として厚さ１０μｍのＡＱＮ膜が形
成されており、低トリチウム透過層９の表面には厚さ１
μｍの金属被覆層１４が形成され。

さらに上層には第３図に示す実施例と同様の方法でＭｏ
製の中間材１３を介して炭素繊維強化炭素複合材で作製
した耐熱性部材１ｏが冶金的に接合されている。

ＡΩＮ低トリチウム透過層９の形成法は、高真空中に於
て水冷金属基体５の表面に対し４０ｋＶに加速した窒素
イオンをイオン密度５Ｘ１０”個／ａＪｓで照射しつつ
、ＡＱを抵抗加熱法で蒸着する謂ゆるダイナミックイオ
ンミキシング法によって行なった。又、Ｎｉより成る金
属被覆層は、ＡＱＮ膜形成プロセスにひき続いてＮｉを
蒸着しつつ窒素イオンを照射し、次第にイオン照射強度
を減少させてＮｉ蒸着のみに切り替える方法によって形
成した。５ＵＳ３０４ステンレス鋼基体５とＡＱＮ界面
及びＡＱＮとＮｉ膜の界面には各々厚さ５０ｎｍの各層
の組成が混じり合った遷移層の存在が認められた。この
方法により、各層の界面の結合強度は極めて高く、炉−
面の熱負荷による熱サイクルすなわち典型的な値として
室温から４００℃、パルス長８００ｓ、繰り返し数３　
Ｘ　１０４回に対しても剥離又は亀裂の発生が認められ
なかった。

つぎに、上述のダイナミックミキシング法で形成された
Ａ〃Ｎ膜のトリチウム透過防止特性を調べるため、上記
ＡＱＮ膜を形成した５ＵＳ３０４ステンレス鋼製冷却金
属基体から５ＵＳ３０４ステンレス鋼基体の厚さが０．
２ｍｍの試験片を切り出し、ＡＱＮ膜を被覆しない５Ｕ
Ｓ３０４ステンレス鋼と比較した。６００℃におけるＡ
ＱＮ膜中の重水素の溶解度は３Ｘ１０１７ｇ子／ｄであ
り、一方１重水素の拡散係数は／ＩＮ膜中でＩ　Ｘｌ０
−”ａｌ／ｓであった。一方、５ＵＳ３０４ステンレス
鋼中の重水素の溶解度及び拡散係数は各々５×１０”Ｊ
ｊＫ子／ｄ、８×１０″″’ｃｄ／ｓであった。これら
の試験片を用いて６００℃における重水素の透過量を比
較したときＡａＮ被覆層のある試料は無い場合に比べて
少なくとも１０″″４以下の低い重水素透過量を示した
０本実施例においても、ＡＱＮ膜は冷媒の温度によって
所望のより低い温度に保たれるので、前述と同様にトリ
チウムの透過量を　　　−一層低く押えることができる
。

［実施例３］ 第５図は、第１ｇｇに示す本発明のダイバータ炉壁構造
を有する核融合炉心部の冷却金属基体５及び真空容器２
の一部分の構造を示す他の例の斜視図である。内部に冷
却媒質流路１２を有する支柱部材１８をはさんで張り合
わせたコルゲート構造の真空容器２の真空側表面に低ト
リチウム透過層９が形成されている。真空容器２の内壁
面には炭素繊維強化炭素複合材のブロックで造られた耐
熱部材１０がプラズマからの入射粒子から真空容器２を
防護する様に敷きつめられ、固定用リブ１７で真空容器
２の内壁面に固定されている。耐熱性部材１０の内部を
貫ぬいて冷却金属基板７が張りめぐらされており、管状
の冷却金属基体７の外周部には低トリチウム透過層９が
形成されている。

冷却金属基体７と耐熱性部材１０の間には円筒状の中間
材１３が設けられており、熱的、機械的に冷却金属基体
７と耐熱性部材１０とを結合している。中間材１３の材
質はＭｏであり、中間材１３と耐熱性部材１０とはＺｒ
−Ｍｏ共共合合金らなるロウ材層１６で冶金的に接合さ
れている。

この様に冷却金属基体５を円管状とすることにより、内
部の冷却媒質流路１２を流れる数１０気圧の高圧冷却水
の内径による冷却金属基体５の断面形状の変形を防止出
来、又、耐熱性部材１０を貫通させた構造とすることに
より、耐熱部材１０と冷却金属基体５との接触面積を大
きく出来、その結果、冷却効果のみならず、冷却金属基
体５に流入する熱流束の不均一性に起因する熱応力を小
さく出来るため、構造健全性の向上が認められた。

さらに、耐熱性部材１０に熱応力により破損しても、冷
却金属基体５から脱離し菫い構造と成っている。

耐熱性部材１０と冷却金属基体５の間に中間材１３とし
て設けたＭｏの層は冷却金属基体５の破損を防止する上
で特に重要である。すなわち、磁場閉じ込め型核融合炉
ではプラズマ密度が低い、例えば閉じ込め条件が悪くな
った場合、又はプラズマ密度が低い境界層プラズマ領域
ではプラズマ中の電子が周回電場により次第に加速され
、数１０　Ｍ　ｅ　Ｖに達する高エネルギ電子線に成る
、謂ゆる逃走電子の発生が知られている。例えばジャー
ナル・オブ・ニュークリア・マテリアル１３３＆１３４
　　（１９８５）ｐｐ１８〜２４にＷ、Ｍ、ローマ（Ｊ
、Ｎｕｃ　Ｑ　ｅａｒにａｔｅｒｉａＱｓ　１３３　＆
　１３４（１９８５）１８〜２４）が記述しているよう
に。

２０　Ｍ　ｅ　Ｖに達する高エネルギーの逃走電子が発
生した結果、炉心プラズマが装置の赤道面上を、中心軸
方向に移動し、赤道面近傍の真空容器内壁面に射突した
逃走電子が８ＭＪ／ｃｄの局所的熱負荷を与えた事例が
報告されている。逃走電子は耐熱部材１０の表面から入
射し、黒鉛材の場合には数Ｌｏｗの深さまで侵入し、深
部に高密度の熱を発生する特徴がある。中間材１３は、
このような逃走電子の入射に対し、防護層の役割りを果
す。

すなわち、質量の大きく５融点の高いＭｏ、Ｗ。

Ｚｒなどの耐熱性金属はエネルギーの著しく高い逃走電
子に対しても大きな減速効果を有しており、逃走電子が
冷却金属基体５に射突して、破損させるのを防止する効
果がある。さらに、冷却金属基体５の上に形成された低
トリチウム透過層９の破壊を防止する上においても効果
がある。

５ＵＳ３０４ステンレス鋼製の高真空容器２の内壁面上
への低トリチウム透過層９の形成は高真空中でＡｌ１を
４Ｘ１０１７個／　ａｊ　ｓで蒸着しっつ４０ＫｅＶに
加速された酸素イオンをイオン密度６Ｘ１０Ｌ７個／　
ａｌ　ｓで照射するダイナミックイオンミキシング法で
行ない、平均膜厚１０μｍのＡＱｚＯδ膜を得た。５Ｕ
Ｓ３０４ステンレス鋼製の、肉厚２　ｍ　、外径１５１
１１１のチューブ状の冷却金属基体５の外周表面への低
トリチウム透過層９の被覆は第６図に示すダイナミック
イオンミキシング装置を用いて行った。すなわち、冷却
金属基体５の中心軸を軸に回転させながら軸方向に移動
させつつ、イオン源１９から引き出された窒素イオンビ
ーム２０を照射すると同時に真空蒸着用蒸着源２１から
ＡＱの蒸発粒子２２を発生させ、イオンビーム２０と同
一領域に蒸着した。

以上の如く１本実施例においてもパイプからなる冷却金
属基体５表面に設けた低トリチウム透過Ｍ９は耐熱性部
材１０を通して熱遮断されて設けられているので前述と
同様に冷媒１２によって低い温度に保たれているので、
より一層トリチウムの透過が防止される。更に、真空容
器２としての冷却金属基体２にも同様に低トリチウム透
過層９が設けられているので、同様にトリチウムの透過
を防止することができる。

［実施例４］ 第７図は、第４図に示す実施例における冷却金属基体５
及び耐熱性部材１０の間に中間材１３を設けない場合の
実施例である。この様な構造は逃走電子の入射しない部
分、例えば炉心プラズマから離れて設置されるダイバー
タ装置の受熱面に採用出来る。

Ｂｅを少なくとも０．１　　％含有するＣｕ−Ｂｅ合金
の外径１５ａａの円管状冷却金属基体５を重水素メタン
（ＣＤ４）と重水素の混合ガスを約１Ｏ−２Ｔｏｒｒま
で充した真空容器中において、壁面と冷却金属基体５の
間に高電圧を印加しグロー放電を１時間行なった。冷却
金属基体５の表面には厚さ０．５μｍのＢａＯと硬質炭
素の混合した膜が形成された。このＢｅＯと硬質炭素の
混合膜上にＮｉ蒸着を行いつつ希ガスのグロー放電を行
なわせる謂ゆるイオンブレーティング法により厚さ０．
５μｍのＮｉ被覆層を形成した。この様にしてＢｅ０と
硬質炭素の混合膜からなる低トリチウム透過層９と、Ｎ
ｉより成る金属被覆層１４の二重の被覆を施した冷却金
属基体５を、炭素繊維強化型炭素複合材より成る耐熱性
部材１０に設けた内径１５．１ｍの孔に貫通させ、Ａｇ
−２８重量％Ｃｕ−５重量％Ｔｉ銀ロウを用いて、作業
温度８５０℃でロウ付けした１本実施例においても低ト
リチウム透過層９は耐熱性部材１０によって低温に保た
れているので、１−リチウムの冷媒への透過が防止され
る。

［実施例５］ 第８図は本発明を適用した他の実施例の核融合炉の炉壁
構造を概念的に示す縦断面図である。本実施例では、分
割された耐熱性部材１０が、低１〜リチウム透過性を有
しており、真空容器２の内壁面又は冷却金属基体５のプ
ラズマに面する側に冶金的、又は機械的に締結されてい
る。真空容器２の内壁面及び冷却金属基体５の真空側表
面のうちで耐熱性部材１０で遮蔽されていない部分には
低トリチウム透過層９が設けられている。

これらの低トリチウム透過層は、耐熱性部材１ｏによっ
て炉心プラズマ１から入射して来るプラズマ粒子又はプ
ラズマを加熱するため入射される粒子線に対して遮蔽さ
れた構造と成っており、プラズマ粒子の入射によって低
トリチウム層が熱的、化学的又は物理的機構によって損
傷を受けない様に配慮されている。

［実施例６］ 第９図は第８図に示す本発明の実施例の炉壁構造におい
て耐熱性部材１０を備え低トリチウム透過層９を、耐熱
性部材１０で覆われていない冷却金属基体５の表面に設
けた場合の実施例を示す斜視図である。　　　　　□ 冷却媒質流路１２を設けた５ＵＳ３０４ステンレス鋼製
の冷却金属基体５の炉心プラズマ１から見て陰になる部
分にダイナミックイオンビームミキシング法によりＴｉ
Ｎよりなる低トリチウム透過層９を形成した。すなわち
、厚さ２０ｍｍの第９図に示す断面構造を有する５ＵＳ
３０４ステンレス鋼製冷却金属基体５の耐熱性部材１０
を締結する側と反対側の面に真空度Ｉ　Ｘ　Ｉ　Ｏ”−
’Ｔｏｒｒ以下に保たれた雰囲気中でＴｉ蒸着を３Ｘ１
０１７個／ｃｄ−ｓの速度で行ないつつ、Ｎ＋イオンビ
ームを加速電圧４０ｋＶで加速し、イオン密度３Ｘ１０
１７個／　ａｊ　ｓで照射した。その結果、平均膜厚１
５μｍのＴｉＮ膜の被覆層が得られた。

次に冷却金属基体５の炉心プラズマ対向面側に寸法５０
　ｍ　Ｘ　５０　ｗａ　Ｘ　２　ｍの銅−炭素繊維複合
材の中間材１３の両面に４０重量％マンガン及び残部鋼
から成る厚さ５０μｍのろう材をはさんだものを介在さ
せ、ＳｉＣウィスカを１０重量％含むＳｉＣ繊維強化Ｓ
ｉＣ複合材の耐熱性部材１０を置いて、希ガス雰囲気中
で８６０℃、５〜１０ｋｇ／ｄで加圧加熱し、接合した
。なお、耐熱性部材１０の側端面には屈曲した段を設け
、隣り合う耐熱部材が互いに重なり合うように配置され
、プラズマ粒子が直接、冷却金属基体の表面に入射しな
い様な構造となっている。なお、この場合、トロイダル
コイル３、ポロイダルコイル４及びプラズマ電流によっ
て壁面近傍に形成される磁力線の方向は、耐熱性部材１
０のタイルの対角線方向に沿って形成されることが望ま
しく、又、プラズマ成分のうちのイオンの移動方向が耐
熱性部材１０の表層部が屈曲している方向に一致するこ
とが望ましい。その様な配置では耐熱部材１０の間隙に
プラズマからの漏出粒子が入射し難い配置に出来、従っ
てプラズマ粒子が冷却金属基体５の表面に射突し難い様
に出来る。

耐熱性部材１０の間隙部分の冷却金属基体５の表面に対
する低トリチウム透過層９の形成方法はイオンビームス
パッタリング法により行った。

［実施例７］ 第１０図は、冷却金属基体５の耐熱性部材１０の間隙部
分に低トリチウム透過層９を形成する方法を示す、真空
容器２３中に送り機構２５に取り付けた耐熱性部材ｌＯ
を既に接合した冷却金属基体５に対し、上方に設置した
イオン源より１０〜４０ｋＶに加速した希ガスイオンビ
ームを耐熱性部材１０の間隙の中以下に収束させ、間隙
内に入射させる。エネルギー３０ｋＶのアルゴンイオン
を、イオン東１０１７個／　ａＪ　ｓで耐熱性部材１０
の側端面に照射し、側面構成元素であるＳｉＣをスパッ
タした。耐熱性部材１０の側端面２６からスパッタされ
たエネルギ数１０ａＶのＳｉ及びＣ原子は冷却金属基体
５の表面に射突し、表面原子を加熱しつつ１表面被覆層
を形成する１本方法で。

０．５　μｍ７分の成膜速度で２分間に厚さ１μｍのＳ
ｉＣスパッタ膜が、中間材１３の側端面及び冷却金属基
体５の表面に形成された。

第１０図に示すイオンビームスパッタリング法により、
厚さ０．１　ｍの５ＵＳ３０４ステンレス鋼の表面に１
．５μｍの厚さのＳｉＣスパッタ膜を形成し１重水素の
透過量をＳｉＣスパッタ膜の　　′無い場合と比較した
ところ、ＳｉＣスパッタ膜の形成により６００℃に於て
少なくとも１０−４以下の重水素透過量の減少が得られ
ることが認められた。

〔発明の効果〕

本発明によれば、低トリチウム透過層を耐熱性部材で、
プラズマ又は粒子線の熱負荷及び粒子線負荷に対して遮
熱の防護が出来るので、運転中の低トリチウム透過層の
温度を大幅に下げることが出来５従ってトリチウム透過
防止効果を数倍ないし数１０倍増大させることが出来る
。

また、プラズマ又は粒子線の熱負荷が高く、それらが冷
却金属基体に直接流入した場合に、冷却金属基体の溶融
、低トリチウム透過層の熱応力による剥離が生じる様な
場合には水冷金属基体自体及びその上に形成した低トリ
チウム透過層の損傷を防止することが出来、信頼性の飛
躍的に向上した低トリチウム透過性炉壁構造を実現出来
る。その結果、冷却金属基体及び真空容器壁中に吸着・
溶解するトリチウムの量を低く抑えることが出来、従っ
てトリチウムの炉心部における損失量を大巾に少なく出
来、信頼性、保守性、安全性の点で非常に優れた炉心構
造を実現出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるトカマク型核融合炉の炉心構造を
概念的に示す縦断面図、第２図は第１１図真空容器炉壁
構造の一例を示す斜視図、第３図は第２図の炉壁構造の
１実施例の詳細な構造を示す斜視図、第４図は第２図の
炉壁構造の他の実施例の詳細な構造を示す斜視図、第５
図は第２図の炉壁構造のうちダイバータに係る実施例の
詳細な構造を示す斜視図、第６図はダイナミックイオン
ミキシング法による低トリチウム透過層の形成方法を示
す概念図、第７図は第５図に示す炉壁構造の他の実施例
である冷却金属基体及び耐熱性部材の詳細な構造を示す
斜視図、第８図は本発明の炉壁構造の他の実施例を概念
的に示す炉心部の２分の１断面構造図、第９図は第８図
の炉壁構造の１実施例の詳細な斜視図、第１０図はイオ
ンビームスパッタリング法による低トリチウム透過層の
形成方法を示す炉壁構造の斜視図である。 １・・・炉心プラズマ、２・・・真空容器、３・・・ト
ロイダルコイル、４・・・ポロイダルコイル、５・・・
冷却金属基体、６・・・真空容器冷却系、７・・・強制
冷却金属基体冷却系、８・・・トリチウム分離・回収装
置、９・・・低トリチウム透過層、１０・・・耐熱性部
材、１１・・・遮蔽体、１２・・・冷却媒質流路、１３
・・・中間体、１４・・・金属被覆層５１５・・・溝、
１６・・・ろう材層、１７・・・固定用リブ、１８・・
・支持部材、１９・・・イオン源、２０・・・イオンビ
ーム、２１・・・蒸看源、２２・・・蒸発粒子、２３・
・・真空容器、２４・・・スパッタ原子、２５・・・送
り機構、２６・・・側端部、２７・・・ペルジャー、２
８・・・真空ポンプ、２９・・・排気ダクト遮第　１　
図 第２図 ζ 第３図 第４図 第６図 ２３・・・真空容器 第７図 第８図 第９図 第１０図 ２４・−・スパッタ原子 ２５・・・送り機構 ２６・・・側端面

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、水素同位体プラズマを封入する真空容器、前記プラ
   ズマを該真空容器内の所定の位置に保持する閉じ込め磁
   場発生用コイル、前記真空容器を冷却する冷媒流路を構
   成する冷却金属基体を備えた核融合炉において、前記冷
   却金属基体の少なくとも前記プラズマ封入面側表面に前
   記冷却金属基体より低いトリチウム透過性を有する低ト
   リチウム透過層を有し、かつ該低トリチウム透過層を前
   記プラズマ又は粒子線に対して熱遮へいする前記冷却金
   属基体より耐火性の耐熱性部材が前記低トリチウム透過
   層上に設けられていることを特徴とする核融合炉。 ２、水素同位体プラズマを封入する真空容器、前記プラ
   ズマを該真空容器内の所定の位置に保持する閉じ込め磁
   場発生用コイル、前記真空容器内に設けられ、電離した
   粒子を中性化して排気させるダイバータを備えた核融合
   炉において、前記ダイバータを冷却する冷媒流路を構成
   する冷却金属基体の少なくとも前記プラズマ封入面側表
   面に前記冷却金属基体より低いトリチウム透過性を有す
   る低トリチウム透過層を有し、かつ該低トリチウム透過
   層を前記プラズマ又は粒子線に対して熱遮へいする前記
   冷却金属基体より耐火性の耐熱性部材が前記低トリチウ
   ム透過層を被うように設けられていることを特徴とする
   核融合炉。 ３、水素同位体プラズマを封入する真空容器、前記プラ
   ズマを該真空容器内の所定の位置に保持する閉じ込め磁
   場発生用コイル、前記真空容器を冷却する冷媒流路を構
   成する冷却金属基体、前記真空容器内に設けられ電離し
   た粒子を中性化して排気させるダイバータを備えた核融
   合炉において、前記ダイバータは該ダイバータを冷却す
   る冷媒流路を構成する冷却金属基体及び該冷却金属基体
   を取り囲む該冷却金属基体より耐火性を有する耐熱性部
   材を有し、かつ前記ダイバータは前記真空容器を構成す
   る前記冷却金属基体に接して固定されていることを特徴
   とする核融合炉。 ４、水素同位体プラズマを封入する真空容器、前記プラ
   ズマを該真空容器内の所定の位置に保持する閉じ込め磁
   場発生用コイル、前記真空容器を冷却する冷媒流路を構
   成する冷却金属基体、前記真空容器内に設けられ電離し
   た粒子を中性化して排気させるダイバータを備えた核融
   合炉において、前記ダイバータは該ダイバータを冷却す
   る冷媒流路を構成する冷却金属基体及び該冷却金属基体
   を取り囲む該冷却金属基体より耐火性を有する耐熱性部
   材を有し、かつ前記真空容器及びダイバータを構成する
   冷却金属基体表面の少なくとも前記プラズマ封入面側に
   前記金属基体より低いトリチウム透過性を有する低トリ
   チウム透過層を有することを特徴とする核融合炉。 ５、水素同位体プラズマを封入する真空容器、前記プラ
   ズマを該真空容器内の所定の位置に保持する閉じ込め磁
   場発生用コイル、前記真空容器を冷却する冷媒流路を構
   成する冷却金属基体、該冷却金属基体の前記プラズマ封
   入面側に設けられた前記冷却金属基体より耐火性を有す
   る耐熱性部材、前記真空容器内に設けられ電離した粒子
   を中性化して排気させるダイバータを備えた核融合炉に
   おいて、前記ダイバータは該ダイバータを冷却する冷媒
   流路を構成する冷却金属基体及び該冷却金属基体を取り
   囲む該冷却金属基体より耐火性を有する耐熱性部材を有
   し、かつ前記ダイバータは前記真空容器を構成する前記
   冷却金属基体に接して固定され、前記真空容器及びダイ
   バータを構成する冷却金属基体表面の少なくとも前記プ
   ラズマ封入面側に前記金属基体より低いトリチウム透過
   性を有する低トリチウム透過層を有することを特徴とす
   る核融合炉。 ６、水素同位体プラズマを封入する真空容器、前記プラ
   ズマを該真空容器内の所定の位置に保持する閉じ込め磁
   場発生用コイル、前記真空容器を冷却する冷媒流路を構
   成する冷却金属基体、該冷却金属基体の前記プラズマ封
   入面側に設けられた前記冷却金属基体より耐火性を有す
   る耐熱性部材、前記真空容器内に設けられ電離した粒子
   を中性化して排気させるダイバータを備えた核融合炉に
   おいて、前記ダイバータは該ダイバータを冷却する冷媒
   流路を構成する冷却金属基体及び該冷却金属基体を取り
   囲む該冷却金属基体より耐火性を有する耐熱性部材を有
   し、前記ダイバータは前記真空容器を構成する前記冷却
   金属基体に接して固定され、前記真空容器及びダイバー
   タを構成する冷却金属基体表面の少なくとも前記プラズ
   マ封入面側に前記金属基体より低いトリチウム透過性を
   有する厚さ０．１μｍ〜３０μｍの低トリチウム透過層
   を有し、前記低トリチウム透過層は６００℃におけるト
   リチウムの拡散係数が１×１０＾−＾９ｃｍ＾２／ｓ以
   下であるＣ、Ｂｅ、Ｂｅの炭化物及び酸化物、Ｂ＿４Ｃ
   、Ａｌの酸化物及び窒化物、Ｓｉの炭化物、酸化物及び
   窒化物、Ｔｉの酸化物及び窒化物、Ｃｒの酸化物及び窒
   化物、Ｍｎの酸化物、Ｚｒの酸化物のうちの１種又は２
   種以上であり、前記低トリチウム透過層の表面にＢｅ、
   Ｃ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ
   、Ｍｏ、Ｗの１種又は２種以上よりなる金属層を介して
   前記耐熱性部材がろう材によつて接合され、前記耐熱性
   部材は、炭素繊維、ＳｉＣ繊維、Ｂ繊維、Ｂ＿４Ｃ繊維
   の１種又は２種以上を強化繊維とし、炭素、ＳｉＣ、Ｂ
   ｅ、Ｂ＿４Ｃ、Ｂｅ＿２Ｃ、ＳｉＯ＿２、ＢｅＯの１種
   又は２種以上を母材とする熱衝撃係数２０ｋＷ／ｍ以上
   である繊維強化型耐熱性部材からなり、前記冷却金属基
   体は非磁性オーステナイト合金からなることを特徴とす
   る核融合装置。 ７、冷媒流路を構成する冷却金属基体の少なくともプラ
   ズマ封入面側表面に前記冷却金属基体より低いトリチウ
   ム透過性を有する低トリチウム透過層を有し、かつ該低
   トリチウム透過層を前記プラズマ又は粒子線に対して熱
   遮へいする前記冷却金属基体より耐火性の耐熱性部材が
   前記低トリチウム透過層を被うように設けられているこ
   とを特徴とする核融合炉用ダイバータ。 ８、冷媒流路を構成する冷却金属基体の少なくともプラ
   ズマ封入面側表面に該冷却金属基体より低いトリチウム
   透過性を有する低トリチウム透過層を有し、かつ該低ト
   リチウム透過層を前記プラズマ又は粒子線に対して熱遮
   へいする前記冷却金属基体より耐火性の耐熱性部材が前
   記低トリチウム透過層上に設けられていることを特徴と
   する核融合炉用真空容器炉壁。