JPH0326878A - Complex cryopump - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
この発明は、複合クライオポンプに関するものである.
さらに詳しくは、この発明は、核融合炉のヘリウムガス
排気用ポンプ等として有用な複合クライオポンプに関す
るものである.
(従来の技術とその課題)
従来より、10−2〜1 0−’Torrあるいはそれ
以上の超高真空を得るための高速真空ポンプとじてクラ
イオポンプが知られているが、近年では、核融合炉にお
ける重水素と三重水素との反応により発生するヘリウム
ガスの排気用ポンプとしてもこれを利用することが考え
られている.
通常、このクライオポンプにおいては、ポンプの内部容
器の表面を液体水素温度または液体ヘリウム温度に冷却
し、その表面に排気すべき気体をamさせる.このよう
な容器の表面付近の断面構造を、核醇合炉のヘリウム排
気用ポンプとして用いる提案を例として示したものが第
2図および第3図である.
たとえば第2図のクライオポンプは、大気からの放射を
軽減するための80Kシェブロン(1)、重水素と三重
水素を排気するための4Kシェブロン(2)、および核
融合炉から排気されるヘリウムガスの排気面となるクラ
イオパネル(3)を設置した複合構造を有している.ク
ライオパネル(3)は核融合炉から排気されるヘリウム
ガスを捕捉すべく液体ヘリウムにより約4Kに冷却して
使用するが、さらにその表面には活性炭またはモレキュ
ラシーブ等の多孔質固体物質(4)を接着剤により接着
し、これによって核融合炉からのヘリウムガスを吸着す
るようにしている.第3図に例示したクライオポンプも
、上記第2図のクライオポンプと同様に、80Kシェブ
ロン(1)、4Kシェブロン〈2)およびクライオパネ
ル(3)を設置した複合梢遣を有し、排気操作中に常時
新たにクライオバネル(3)の表面にアルゴンガス等の
ガス凝縮層(5〉を形成するようにしている.これによ
り核融合炉から排気されるヘリウムガスを同伴凝縮させ
るようにしている.たとえばこの第・2図および第3図
に例示したこれまでに提案されているクライオポンプに
よれば、核融合炉からのヘリウムガスを排気することは
原理的には可能である.
しかしながら、核融合炉に使用する排気用ポンプとして
は、単に核融合炉からのヘリウムガスを排気する機能だ
けではなく、排気量が大きく、放射化に対する安全性が
確保できること等もその要件として必要とされる.しか
しながら第2図のクライオボンプの例においては、多孔
質固体物質(4)をクライオパネル(3)に接着する接
着剤が放射化するという欠点があり、また接着剤の熟疲
労により多孔質固体物質(4)が剥離するという重大な
問題がある.
また、第3図のクライオポンプの例においても、ヘリウ
ムガスを同伴凝縮させるガス自体が放射化するという問
題点があり、しかもそのようなガスはヘリウムの約50
倍以上の量を導入することが必要となり、ガスが核融合
炉のプラズマへ流れ込み、プラズマ中の不純物濃度を増
加させる原因となるという問題がある.
このような問題点はいずれも未解決の課題となっている
この発明は、以上の通りの事情を踏まえてなされたもの
であり、核融合炉のヘリウムガス排気用ポンプとしても
使用することのできる、排気量が大きく、放射化に対す
る安全性にも優れたクライオポンプを提供することを目
的としている.(課題を解決するための手Vi)
この発明は、上記の課題を解決するものとして、ヘリウ
ムガスの吸着媒体として、排気前にクライオパネル上に
予めS F &ガス凝縮層を形成してなることを特徴と
する複合クライオポンプを提供する.
この発明の複合クライオポンプは従来の複合クライオポ
ンプと同様に、所定の温度に冷却したシェブロン等を適
宜使用した複合構造とすることができるが、ヘリウムガ
スの排気を可能とするために、ヘリウムガスの排気前に
予めクライオノでネル上にSF6ガス凝縮層を形成し、
その後排気を開始し、このガス凝縮層に排気ガスを吸着
させるようにしたものである.
S F 6ガスautsmを形成するにあたっては、ク
ライオパネルを冷却し、そこに凝縮層を形成するS F
6ガスを導入すればよい.この場合、たとえば、ガス
W縮層が液体ヘリウム温度となるように冷却する.
形成したS F 4ガス凝縮層は多孔質層となり、また
クライオパネルとの熟接触が非常に良好なものとなるの
で、優れた排気ガスの吸着媒体となる.このガス凝m層
が排気ガスを十分に吸着し、吸着機能が低下した場合に
は、一旦排気を中断し、クライオパネルを昇温させてガ
ス凝縮層を気化させ、次いでクライオパネルを冷却して
新たにガス凝縮層を形成し、排気を再開すればよい.こ
のようにガス凝縮層を再形成する際にしては、たとえば
第3図に示した従来例の同伴凝縮の方法のように、排気
ガスを凝縮させるために使用するアルゴン等のガスを大
量に導入する必要はない.この発明のクライオポンプを
核融合炉のヘリウムガス排気用ポンプとして使用する場
合には、使用するガス自体の放射化やプラズマへの流れ
込みという問題は生じない.
ガス凝縮層を形成するSF4 (六フヅ化イオウ)ガ
スは熱的、化学的に安定で凝縮性および気化性を有し、
ヘリウム吸着媒体として好適なガス凝縮層を形成するこ
とができる.
以下、この発明の複合クライオポンプを実施例に基づい
て具体的に説明する.
第1図は、この発明の一例を示した部分断面図である.
なお、従来のクライオポンプと共通する構成部分には共
通の符号を付してある。[Detailed Description of the Invention] (Industrial Application Field) This invention relates to a composite cryopump.
More specifically, the present invention relates to a composite cryopump useful as a pump for exhausting helium gas in a nuclear fusion reactor. (Prior art and its problems) Cryopumps have been known as high-speed vacuum pumps for obtaining ultra-high vacuums of 10-2 to 10-'Torr or more, but in recent years, cryopumps have been known as It is also being considered to use this as a pump for exhausting helium gas generated by the reaction between deuterium and tritium in a reactor. Usually, in this cryopump, the surface of the pump's internal container is cooled to a temperature of liquid hydrogen or liquid helium, and the gas to be evacuated is ammed onto the surface. Figures 2 and 3 show an example of a proposal to use such a cross-sectional structure near the surface of a vessel as a helium pump for a nuclear fusion reactor. For example, the cryopump shown in Figure 2 has an 80K chevron (1) to reduce radiation from the atmosphere, a 4K chevron (2) to exhaust deuterium and tritium, and helium gas exhausted from the fusion reactor. It has a composite structure in which a cryopanel (3) is installed, which serves as the exhaust surface. The cryopanel (3) is used after being cooled to approximately 4K with liquid helium in order to capture the helium gas exhausted from the fusion reactor, but it is also coated with a porous solid material (4) such as activated carbon or molecular sieve on its surface. It is attached with adhesive, which allows it to adsorb helium gas from the fusion reactor. Like the cryopump shown in FIG. 2 above, the cryopump illustrated in FIG. Inside, a new gas condensation layer (5) of argon gas, etc. is constantly formed on the surface of the cryovanel (3).This allows the helium gas exhausted from the fusion reactor to entrain and condense. For example, according to the cryopumps that have been proposed so far, as illustrated in Figures 2 and 3, it is theoretically possible to exhaust helium gas from a nuclear fusion reactor. An exhaust pump used in a fusion reactor must not only have the function of simply exhausting helium gas from the fusion reactor, but must also have a large displacement capacity and ensure safety against activation. However, in the example of the cryobump shown in Figure 2, there is a drawback that the adhesive that adheres the porous solid material (4) to the cryopanel (3) becomes radioactive, and due to fatigue of the adhesive, the porous solid material ( 4) is peeled off.Also, in the cryopump example shown in Figure 3, there is a problem that the gas that entrains and condenses helium gas itself becomes radioactive; about 50 of
Since it is necessary to introduce more than double the amount of gas, there is a problem that the gas flows into the plasma of the fusion reactor, causing an increase in the impurity concentration in the plasma. All of these problems remain unresolved issues.This invention was made based on the above circumstances, and can also be used as a helium gas pump for fusion reactors. The aim is to provide a cryopump with a large displacement and excellent safety against activation. (Measures for Solving the Problems Vi) This invention solves the above problems by forming an SF & gas condensation layer in advance on the cryopanel as an adsorption medium for helium gas before evacuation. We provide a composite cryopump featuring the following. The composite cryopump of the present invention can have a composite structure using chevrons cooled to a predetermined temperature as appropriate, like conventional composite cryopumps, but in order to make it possible to exhaust helium gas, Before evacuation, a layer of SF6 gas condensation is formed on the flannel using a cryono,
After that, exhaust gas is started and the exhaust gas is adsorbed into this gas condensation layer. In forming the SF6 gas autsm, the cryopanel is cooled and the SF6 gas autsm is formed to form a condensation layer there.
6 gases should be introduced. In this case, for example, the gas W is cooled to the temperature of liquid helium. The formed SF 4 gas condensation layer becomes a porous layer and has very good contact with the cryopanel, making it an excellent exhaust gas adsorption medium. If this gas condensation layer sufficiently adsorbs exhaust gas and the adsorption function decreases, the exhaust is temporarily interrupted, the temperature of the cryopanel is raised to vaporize the gas condensation layer, and then the cryopanel is cooled down. All you have to do is form a new gas condensation layer and restart the exhaust. When re-forming the gas condensation layer in this way, for example, as in the conventional entrainment condensation method shown in Figure 3, a large amount of gas such as argon used to condense the exhaust gas is introduced. do not have to. When the cryopump of this invention is used as a helium gas exhaust pump in a fusion reactor, there are no problems with activation of the gas itself or flow into the plasma. The SF4 (sulfur hexafluoride) gas that forms the gas condensation layer is thermally and chemically stable and has condensation and vaporization properties.
A gas condensation layer suitable as a helium adsorption medium can be formed. Hereinafter, the composite cryopump of the present invention will be specifically explained based on examples. FIG. 1 is a partial sectional view showing an example of the present invention.
Note that the same reference numerals are given to the same components as those of the conventional cryopump.
この例に示した複合クライオポンプは、80Kシェブロ
ン(1),4Kシェブロン(2)、クライオパネル(3
)、SF.ガス導入管〈6)、熱シールド(7)を有し
ている.
この複合クライオポンプを作動させるには、まず、80
Kシェブロン(1)の温度を80Kに、4Kシェブロン
(2)とクライオパネル(3)の温度を約4Kに、熱シ
ールド(7)の温度を約80Kにそれぞれ冷却する.そ
してSF.ガスをガス導入管(6)を通して4Kシェブ
ロン(2)とクライオパネル(3)との間に導入し、ク
ライオパネル《3)上に凝縮させてS F aのガス凝
縮層(5)を形成する,SF*のガス凝縮層(5)を所
定の厚さに形威した後、排気を開始する。The composite cryopump shown in this example includes an 80K chevron (1), a 4K chevron (2), and a cryopanel (3).
), S.F. It has a gas inlet pipe (6) and a heat shield (7). To operate this compound cryopump, first
Cool the temperature of the K chevron (1) to 80K, the temperature of the 4K chevron (2) and cryopanel (3) to about 4K, and the temperature of the heat shield (7) to about 80K. And SF. Gas is introduced between the 4K chevron (2) and the cryopanel (3) through the gas introduction pipe (6), and is condensed on the cryopanel (3) to form a gas condensation layer (5) of S Fa. , SF* gas condensation layer (5) to a predetermined thickness, evacuation is started.
核融合炉の排気用ポンプとして使用する場合には、排気
の開始により核融合炉のプラズマ側からヘリウム、重水
素、三重水素が排出されてくるが、このうちの重水素と
三重水素は4Kシェブロン(2)により全て凝縮排気す
ることがきる.4Kシェブロン(2)で凝縮排気されな
かったヘリウムガスは、クライオパネル(3〉上のS
F &ガスms層(5)に到達し、ここで吸着排気され
る.このようにしてこの発明の複合クライオポンプによ
れば、核融合炉から排出されるヘリウムガスを高効率で
排気することが可能となる。SF.ガス″Ii縮層(5
)のヘリウムガスの吸着能が低下した場合には、一旦排
気を中断してクライオパネル(3)を昇温させ、SF.
ガス′Ii縮層(5)を気化させ、その後再度クライオ
パネル(3〉を冷却し、SF.ガスを導入して新たにS
F.ガス凝縮層(5》を形成する.こうしてSF.ガス
凝a層(5〉を再形成した後に排気を再開することがで
きる.
(発明の効果)
この発明の複合クライオポンプによれば、たとえば核融
合炉のヘリウムガス排気用ポンプとして使用した場合に
も、排気量が大きく、放射化に対する安全性に優れ、核
融合炉側への無用なガスの流入のない、優れた機能と能
力の超高真空ボングとなる,When used as an exhaust pump for a fusion reactor, helium, deuterium, and tritium are exhausted from the plasma side of the fusion reactor when exhaust begins, but deuterium and tritium are 4K chevrons. (2) allows all condensation to be exhausted. The helium gas that was not condensed and exhausted by the 4K chevron (2) is stored in the S on the cryopanel (3).
The F & gas reaches the ms layer (5) where it is adsorbed and exhausted. In this way, according to the composite cryopump of the present invention, helium gas discharged from a fusion reactor can be exhausted with high efficiency. SF. Gas “Ii condensed layer (5
), the helium gas adsorption capacity of the SF.
Gas 'Ii condensation layer (5) is vaporized, then the cryopanel (3) is cooled again, SF.gas is introduced and a new S
F. A gas condensation layer (5) is formed. In this way, evacuation can be resumed after the SF gas condensation layer (5) is re-formed. When used as a helium gas exhaust pump in a fusion reactor, it has a large displacement, is safe against activation, and has excellent functionality and ultra-high performance without unnecessary gas flowing into the fusion reactor. Becomes a vacuum bong,
第1図は、この発明の複合クライオポンプのクライオパ
ネル付近を示した部分断面図である.第2図および第3
図は、従来のクライオポンプのクライオパネル付近を示
した断面図である.1・・・80Kシェブロン
2・・・4Kシェブロン
3・・・クライオパネル
4・・・多孔質固体物質
5・・・ガス凝縮層
6・・・SF6ガス導入管
7・・・熱シールド
第 1
図FIG. 1 is a partial sectional view showing the vicinity of the cryopanel of the composite cryopump of the present invention. Figures 2 and 3
The figure is a cross-sectional view showing the vicinity of the cryopanel of a conventional cryopump. 1...80K Chevron 2...4K Chevron 3...Cryopanel 4...Porous solid material 5...Gas condensation layer 6...SF6 gas introduction tube 7...Heat shield Fig. 1
Claims (2)
オパネル上に予めSF_6ガス凝縮層を形成してなるこ
とを特徴とする複合クライオポンプ。(1) A composite cryopump characterized in that an SF_6 gas condensation layer is previously formed on the cryopanel as an adsorption medium for helium gas before evacuation.
リウムガスを排気する請求項(1)記載の複合クライオ
ポンプ。(2) The composite cryopump according to claim (1), wherein the cryopanel is cooled to liquid helium temperature and helium gas is exhausted.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP16240389A JPH0326878A (en) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | Complex cryopump |
Applications Claiming Priority (1)
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JP16240389A JPH0326878A (en) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | Complex cryopump |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0326878A true JPH0326878A (en) | 1991-02-05 |
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ID=15753946
Family Applications (1)
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---|---|---|---|
JP16240389A Pending JPH0326878A (en) | 1989-06-23 | 1989-06-23 | Complex cryopump |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0326878A (en) |
-
1989
- 1989-06-23 JP JP16240389A patent/JPH0326878A/en active Pending
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