JPH05150062A - 核融合装置 - Google Patents

核融合装置

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JPH05150062A
JPH05150062A JP3316527A JP31652791A JPH05150062A JP H05150062 A JPH05150062 A JP H05150062A JP 3316527 A JP3316527 A JP 3316527A JP 31652791 A JP31652791 A JP 31652791A JP H05150062 A JPH05150062 A JP H05150062A
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tritium
gas
dust
purification system
nuclear fusion
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JP3316527A
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JP3118615B2 (ja
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Nobuhiro Nishino
信博 西野
Takashi Okazaki
隆司 岡崎
Michio Otsuka
道夫 大塚
Yasushi Seki
泰 関
Hiromasa Iida
浩正 飯田
英幸 ▲高▼津
Hideyuki Takatsu
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Hitachi Ltd
Japan Atomic Energy Agency
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Hitachi Ltd
Japan Atomic Energy Research Institute
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 真空容器内の真空の状態に拘らず、塵を遠隔
で収集し、真空容器を清掃可能とする。 【構成】 真空容器1にガス流入口3とガス流出口4を
設けるとともに、ガス流入口3にガス流入装置2を接続
し、ガス流出口4にフィルタ5とトリチウム分離手段7
とを接続する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、核融合炉炉心内の粉塵
を除去するための集塵機能を備えた核融合装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来の核融合炉ではプラズマが放電中に
不安定となり破壊したとき、深刻なプラズマー壁相互作
用や壁への急激な熱負荷を起こす。このために、第一壁
が炭素の場合、壁から多くの小さな塵(1回のプラズマ
破壊で塵の総量が数Kg程度)が出る。この塵は、次の
放電でプラズマに混入し、プラズマの性能を劣化させる
ばかりか、ポートから他の機器へ入り込み、故障の原因
になる。また、保守点検時には、窒素ガス等で炉心をリ
ークするため粉塵が舞い上がり、遠隔操作の機器の故障
の原因となるばかりか、塵が放射性物質を含むため放射
性物質拡散の原因ともなる。従来、この塵を清掃するた
めに作業員が保守点検時に掃除しており、特に、遠隔操
作や自動化の手段はまだ確立されていない。
【0003】なお、静電気を利用した集塵装置として
は、特開昭59−82955号公報に記載されたよう
に、集塵部と集塵電極清掃部とをそれぞれ独立した部屋
に分け、これらの部屋を循環移動する帯状電極を用いて
集塵と清浄とを連続的に行なう装置が知られている。ま
た特開昭61−22780号公報に記載されたように、
誘電体よりなる円板状の集塵極板を回転させ、これにブ
ラシを当接し摺動させることにより、誘電体の摩擦によ
り発生する静電気を利用して集塵を行なう装置も知られ
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来は、核融合炉の運
転中におけるプラズマ放電のショット間や、炉停止後の
保守作業前に、真空中で真空容器内の塵を遠隔で収集す
る点ついては考慮されていなかった。このため第一壁の
表面状態の悪化による稼働率の低下や、プラズマへの不
純物の混入、放射性物質の拡散、遠隔操作用の保守機器
や加熱用機器の粉塵被害の発生などの問題点があった。
【0005】本発明は、真空容器内の真空の状態に拘ら
ず、塵を遠隔で収集し、真空容器を清掃する手段を有す
る核融合装置を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る核融合装置は、真空容器を備えた核融
合装置において、真空容器にガス流入口及びガス流出口
を設けるとともに、ガス流入口にガス流入手段を接続
し、ガス流出口にフィルタとトリチウム分離手段とを接
続した構成とする。
【0007】そしてトリチウム分離手段に、検出したト
リチウム量が許容値以上の際に連通されるトリチウム浄
化手段を接続した構成でもよい。
【0008】またトリチウム分離手段に、検出したトリ
チウム量が許容値以上の際に連通されるトリチウム浄化
手段を接続し、トリチウム浄化手段の下流側にトラップ
と真空ポンプとを接続した構成でもよい。
【0009】さらに真空容器を備えた核融合装置におい
て、真空容器に静電集塵手段と、静電集塵手段を昇降駆
動する昇降手段とを設けた構成とする。
【0010】
【作用】本発明によれば放電の合間や保守点検前におい
て、ガス流入手段によりガス流入口を経由して真空容器
内に多量のガスを導入する。導入されたガスは真空容器
内に流れを作るため、塵はガス流に沿って移動し、ガス
出口を経由して真空容器から外部に排出される。排出さ
れた塵はフィルタによって除去され、塵に含まれるトリ
チウムはトリチウム分離手段により大部分が回収され
る。
【0011】
【実施例】本発明の一実施例を図面を参照しながら説明
する。
【0012】図1に示すように、核融合炉の真空容器1
にはガス流入口3及びガス流出口4が設けられており、
ガス流入口3にはガス流入手段であるガス流入装置2が
接続されている。またガス流出口4にはフィルタ5及び
トリチウム分離手段であるトリチウム分離系7が順次接
続されている。トリチウム分離系7の出口側の配管11
にはトリチウム浄化系8が並列に接続されており、トリ
チウム浄化系8の入口側と出口側との間の配管11には
電磁弁12が設けられている。さらにトリチウム浄化系
8の出口側には排出された塵に含有されるトリチウムの
量を検出するトリチウムモニタ6が設けられている。そ
して検出されたトリチウムの量が許容値以下ならば電磁
弁12が開き、許容値以上ならば電磁弁12が閉じるよ
うになっている。
【0013】次に本実施例の動作を説明する。
【0014】本装置を炉の運転停止後、保守点検を行な
う前に使用する場合、比較的高圧(真空容器が耐えられ
る内圧より小さい)のガス(窒素、アルゴン等)を使
う。また、炉の運転中での放電の合間に使用する場合、
水素あるいは重水素ガスを使う。ガス流入装置2は多量
のガスをガス配管からガスの流入口3へ送り、真空容器
内に吹き込む。始めは、真空中にガスが入るため真空容
器内圧力が上昇する。しばらくして、真空容器内圧力が
大気圧に近い状態でガスの流出口4を開ける。ガスの流
出口の先にはフィルタ5、トリチウム分離系7及びトリ
チウム浄化系8がある。トリチウムを含んだガスは流出
口4を通じて真空容器からでていき、フィルタ5を通過
する。その後、トリチウム分離系7でトリチウムの大部
分が回収される。この時、トリチウムモニター6の値が
許容値以下なら電磁弁12が開き、ガスはトリチウム浄
化系8で処理されずスタックから放出される。もし、ト
リチウムモニター6の値が許容レベルを越えていれば、
電磁弁12が閉じてトリチウム浄化系8を作動させる。
炭素の塵は、ガスの流れに沿って流出口から出ていく。
ガスの流出口4より出た塵はフィルタ5でトラップされ
る。出てくる塵はトリチウムを多量に含むためこのフィ
ルタ5の効率をほぼ100%にする必要がある。従っ
て、フィルタ5の方式は多段式や静電式を併用する。ま
た、使用するガスとしては水素、重水素、窒素やアルゴ
ンで、特に、清掃性能を追及する場合、第一壁や真空容
器に吸着しにくいガスを用いる。ガスの流入口及び流出
口は複数個作り、炭素の塵がたまりやすいダイバータ板
付近をガスが吹き付けるように位置させる。この理由
は、ベルヌーイの定理からガスの流れは、流入口と流出
口付近で強く、真空容器内では緩やかになっているから
である。
【0015】また、本発明の他の実施例として図2に示
すように、電磁弁12の下流側にモレキュレーシールな
どの液体窒素温度のトラップ9と大型の真空ポンプ10
を設けて、ガスの流れを充分に保たせると同時に、トリ
チウムの漏洩を防ぐようにしてもよい。この場合もトリ
チウム浄化手段であるトリチウム浄化系8は、トリチウ
ムモニタ6が汚染をモニタした場合のみ作動させればよ
く、通常スタックからガスを放出する。
【0016】本実施例によれば、真空容器1内にガス流
が形成され塵はガス流に沿って移動してガス流出口4か
ら排出される。排出された塵はフィルタ5により除去さ
れ、塵に含まれるトリチウムはトリチウム分離系7によ
って大部分が回収される。
【0017】また本実施例の他の効果は真空容器内のト
リチウムインベントリーをガスによって、減少させるこ
とである。ガスに、水素または、重水素を使用すると、
第一壁の炭素から同位体交換反応によってトリチウムが
出てくる。この同位体交換の反応速度は気圧と温度によ
って変わる。このトリチウムをトリチウム分離系で分離
回収することにより、真空容器内のトリチウムインベン
トリーを一回の操作で最大半分に減らすことができる。
【0018】図3に本実施例の動作シーケンスを示す。
図3に示すように、炉運転期間内の放電と放電の間に使
用するガスを水素か重水素とし、炉停止後に使用するガ
スを窒素かアルゴンとすることにより、集塵効果とイン
ベントリーの減少効果を向上させることができる。
【0019】本発明の他の実施例を図4を参照しながら
説明する。
【0020】本実施例は、炉の運転期間内の真空中で特
にダイバータ板を掃除するためのもので、炉の上部ポー
トに取り付けられた昇降機(昇降手段)20と静電集塵
機(静電集塵手段)21よりなる。この静電集塵機21
は静電極兼用のベルト22と、ベルト22を回転させる
モーター23と真空中でベルトを帯電させる帯電用電極
24と、帯電したベルト22を放電させる放電用電極2
5及び塵を集めるトレイ26とからなる簡単な構成であ
る。
【0021】次に本実施例の動作を説明する。
【0022】静電集塵機21のベルト22はモーター2
3で駆動され、回転する。このベルト22は帯電用電極
24付近に来たときに、電極との接触によって電極から
電荷をもらい帯電する。そして、帯電したベルト22の
領域は静電集塵機21の入口まで移動する。ここでベル
ト22は静電気で入口付近の塵を吸着する。その後、塵
を吸着したベルト22はさらに放電用電極25まで移動
し、ここで放電用電極25と接触して静電気を失う。静
電気によってベルト22に吸着していた塵は、この時ベ
ルト22から離れて重力によってトレイ26内に落ち
る。
【0023】次に、この静電集塵機の炉運転中のシーケ
ンスを述べる。プラズマ放電が終了し、ポロイダル磁場
コイルに電流が流れていない時、上部のポートから静電
集塵機21を下ろし、帯電させたベルト22を図示しな
いダイバータ板に近付ける。集められる塵の大きさはベ
ルト22の電位とベルト22とダイバータ板との距離に
よって決まる。塵を半径aの大きさ程度とすると、ベル
ト22の電位φと距離dを用いて、塵にかかる力Fは
【0024】
【数1】 F=2πa3ε0grad(φ/d)2……(1) のように表せる。ここに、ε0は真空の誘電率である。
【0025】塵は本来電気的には帯電していないが、静
電場により分極するため、ベルト22の方に引き寄せら
れる。また、ベルト22の帯電した領域を短くすること
により、トロイダル磁場の影響をそれほど受けずに塵を
集めることが可能となる。ベルト22はトロイダル磁場
(B(T))からローレンツ力JXBの力を受けるが、
この力の大きさは帯電したベルトが毎秒運ぶ電荷量が1
C当り、高々B(N)である。従って、ポロイダル磁場
が変動していない限り渦電流等で静電集塵機の遠隔操作
に支障をきたすこともない。
【0026】本発明によれば、核融合炉炉心にたまった
塵を、真空容器の真空の状態に拘らず遠隔操作で集める
ことができるため、炉の運転期間中にはプラズマへの不
純物流入防止効果がある。また、炉の運転停止後、保守
点検時には真空を破ったときの遠隔操作機器の粉塵被害
防止等の作業時の安全確保の効果や放射性物質の拡散防
止効果がある。また、ガスに水素か重水素を使うと同位
体交換反応により真空容器のトリチウムインベントリー
を減少させることができる。ガスによって細かい塵を吐
き出したときは、真空容器内のどの部分に塵が溜ってい
ても、ガス流出口のフィルタの汚れ具合から粉塵除去の
目安がわかる。また、真空中で静電集塵機を用いたとき
は、集塵機の位置ぎめ精度も、静電気の届く範囲(数c
m)でよくマニピュレータ等で遠隔操作しやすく、集塵
能力も大きい。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、真空容器内の塵を遠隔
操作で排出することができるため、作業時の安全確保や
放射性物質の拡散を防止する効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図2】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図3】本実施例の運転シーケンスを示すグラフであ
る。
【図4】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【符号の説明】
1 真空容器 2 ガス流入装置(ガス流入手段) 3 ガス流入口 4 ガス流出口 5 フィルタ 7 トリチウム分離系(トリチウム分離手段) 8 トリチウム浄化系(トリチウム浄化手段) 9 トラップ 10 真空ポンプ 20 昇降機(昇降手段) 21 静電集塵機(静電集塵手段)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大塚 道夫 茨城県日立市森山町1168番地 株式会社日 立製作所エネルギー研究所内 (72)発明者 関 泰 茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地の1 日本原子力研究所 那珂研究所内 (72)発明者 飯田 浩正 茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地の1 日本原子力研究所 那珂研究所内 (72)発明者 ▲高▼津 英幸 茨城県那珂郡那珂町大字向山801番地の1 日本原子力研究所 那珂研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空容器を備えた核融合装置において、
    前記真空容器にガス流入口及びガス流出口を設けるとと
    もに、前記ガス流入口にガス流入手段を接続し、前記ガ
    ス流出口にフィルタとトリチウム分離手段とを接続した
    ことを特徴とする核融合装置。
  2. 【請求項2】 トリチウム分離手段に、検出したトリチ
    ウム量が許容値以上の際に連通されるトリチウム浄化手
    段を接続したことを特徴とする請求項1記載の核融合装
    置。
  3. 【請求項3】 トリチウム分離手段に、検出したトリチ
    ウム量が許容値以上の際に連通されるトリチウム浄化手
    段を接続し、該トリチウム浄化手段の下流側にトラップ
    と真空ポンプとを接続したことを特徴とする請求項1記
    載の核融合装置。
  4. 【請求項4】 真空容器を備えた核融合装置において、
    前記真空容器に静電集塵手段と、該静電集塵手段を昇降
    駆動する昇降手段とを設けたことを特徴とする核融合装
    置。
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