JPH0580169A - 核融合炉 - Google Patents
核融合炉Info
- Publication number
- JPH0580169A JPH0580169A JP3239267A JP23926791A JPH0580169A JP H0580169 A JPH0580169 A JP H0580169A JP 3239267 A JP3239267 A JP 3239267A JP 23926791 A JP23926791 A JP 23926791A JP H0580169 A JPH0580169 A JP H0580169A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- plasma
- energy
- wall
- impurities
- fusion reactor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Particle Accelerators (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】エネルギ１ＭｅＶ以上の中性粒子入射装置１と
そのビームイオンと反応率が大きい（１／１０12ｍ3／
ｓ以上）元素を使用した第一壁２を備えた核融合炉。 【効果】プラズマ中に不純物が混入しても、プラズマの
温度低下が防げるため、プラズマの定常運転が容易にな
る。また、温度低下によるプラズマのディスラプション
を起こしにくくするため炉の安全性が高まる。
そのビームイオンと反応率が大きい（１／１０12ｍ3／
ｓ以上）元素を使用した第一壁２を備えた核融合炉。 【効果】プラズマ中に不純物が混入しても、プラズマの
温度低下が防げるため、プラズマの定常運転が容易にな
る。また、温度低下によるプラズマのディスラプション
を起こしにくくするため炉の安全性が高まる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、不純物を燃焼させるた
めの１ＭｅＶ以上のエネルギの中性粒子ビームと、ビー
ムの元素と１／０12ｍ3／ｓ 以上の反応率の元素を第一
壁の材質にした核融合炉に関する。
めの１ＭｅＶ以上のエネルギの中性粒子ビームと、ビー
ムの元素と１／０12ｍ3／ｓ 以上の反応率の元素を第一
壁の材質にした核融合炉に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の第一壁では、不純物の燃料希釈や
放射損失等から生じるプラズマ温度低下対策のために、
材質を炭素等にする低原子番号（Ｚ≦１０）の材質を使
用したり、不純物の発生を小さくしていたが、その構成
元素まで考慮されていなかった。このため、従来の第一
壁では材質の元素に関して１ＭｅＶ以上の中性粒子ビー
ム反応は考慮されておらず、不純物の燃焼効果はほとん
ど期待できない。
放射損失等から生じるプラズマ温度低下対策のために、
材質を炭素等にする低原子番号（Ｚ≦１０）の材質を使
用したり、不純物の発生を小さくしていたが、その構成
元素まで考慮されていなかった。このため、従来の第一
壁では材質の元素に関して１ＭｅＶ以上の中性粒子ビー
ム反応は考慮されておらず、不純物の燃焼効果はほとん
ど期待できない。
【０００３】尚、従来の第一壁の発明には、核融合装置
用第一壁部材の製造法（特開昭60−166887号公報）など
がある。
用第一壁部材の製造法（特開昭60−166887号公報）など
がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来は第一壁を構成す
る元素がプラズマ中に混入した場合、不純物となって燃
焼せず、燃料希釈や放射損失を増大させる原因となって
いた。この不純物による燃料希釈，放射損失の増大はプ
ラズマの温度低下を招き核融合炉の定常運転を妨げるも
のである。さらに、この温度低下はプラズマをディスラ
プションに導く有害なものである。これらの現象は不純
物を燃焼させるほど核融合炉のプラズマの温度が高くな
いため起こるものであり、従来の第一壁ではその成分を
核融合反応によって燃焼させる点について考慮されてい
なかった。そのため、従来例では燃料希釈，放射損失等
の影響が小さい炭素材（12Ｃが９８.９％ ）を第一壁の
材質に使用していた。
る元素がプラズマ中に混入した場合、不純物となって燃
焼せず、燃料希釈や放射損失を増大させる原因となって
いた。この不純物による燃料希釈，放射損失の増大はプ
ラズマの温度低下を招き核融合炉の定常運転を妨げるも
のである。さらに、この温度低下はプラズマをディスラ
プションに導く有害なものである。これらの現象は不純
物を燃焼させるほど核融合炉のプラズマの温度が高くな
いため起こるものであり、従来の第一壁ではその成分を
核融合反応によって燃焼させる点について考慮されてい
なかった。そのため、従来例では燃料希釈，放射損失等
の影響が小さい炭素材（12Ｃが９８.９％ ）を第一壁の
材質に使用していた。
【０００５】本発明は、エネルギ１ＭｅＶ以上の中性粒
子入射装置を備えた核融合炉において、第一壁の材質の
構成を中性粒子入射装置のビームイオンと核反応しやす
い材質にすることにより、不純物を燃焼させる割合を上
げて上記の燃料希釈，放射損失等から生ずる核融合プラ
ズマの温度低下を解決する手段を提供することを目的と
している。
子入射装置を備えた核融合炉において、第一壁の材質の
構成を中性粒子入射装置のビームイオンと核反応しやす
い材質にすることにより、不純物を燃焼させる割合を上
げて上記の燃料希釈，放射損失等から生ずる核融合プラ
ズマの温度低下を解決する手段を提供することを目的と
している。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、核融合炉に不純物を効率よく燃焼させるためのエネ
ルギ１ＭｅＶ以上の中性粒子入射装置を備えさせ、さら
に、第一壁の材質にビームの元素と反応率が大きい元素
を使用したものである。
に、核融合炉に不純物を効率よく燃焼させるためのエネ
ルギ１ＭｅＶ以上の中性粒子入射装置を備えさせ、さら
に、第一壁の材質にビームの元素と反応率が大きい元素
を使用したものである。
【０００７】
【作用】中性粒子ビームはプラズマ中でイオン化し、高
速イオンとなる。この高速イオンはプラズマの電子、イ
オンと衝突しながら減速し、最後に熱化する。熱化に要
する時間（減速時間）は、およそエネルギ緩和時間程度
である。この時間の間はイオンは高速なのでプラズマ中
の不純物と核反応を起こしやすい（反応断面積が大き
い）。核反応を起こした不純物は、主に、高速のＨｅ等
の荷電粒子となり、プラズマ中で熱化される。この時
の、エネルギは反応前のビームイオンのエネルギより平
均して高いため、プラズマは加熱される。核融合プラズ
マのように電子温度が１０ｋｅＶ程度の高温プラズマで
あれば、高速イオンの減速時間は長くなるため、核反応
に寄与するビームイオン数が増え、低温プラズマより有
利である。
速イオンとなる。この高速イオンはプラズマの電子、イ
オンと衝突しながら減速し、最後に熱化する。熱化に要
する時間（減速時間）は、およそエネルギ緩和時間程度
である。この時間の間はイオンは高速なのでプラズマ中
の不純物と核反応を起こしやすい（反応断面積が大き
い）。核反応を起こした不純物は、主に、高速のＨｅ等
の荷電粒子となり、プラズマ中で熱化される。この時
の、エネルギは反応前のビームイオンのエネルギより平
均して高いため、プラズマは加熱される。核融合プラズ
マのように電子温度が１０ｋｅＶ程度の高温プラズマで
あれば、高速イオンの減速時間は長くなるため、核反応
に寄与するビームイオン数が増え、低温プラズマより有
利である。
【０００８】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１により説明す
る。本発明は、エネルギ１ＭｅＶ以上の中性粒子入射装
置１とそのビーム元素と反応率が１／１０12ｍ3／ｓ 以
上の元素の材質でできた第一壁２により構成される。
る。本発明は、エネルギ１ＭｅＶ以上の中性粒子入射装
置１とそのビーム元素と反応率が１／１０12ｍ3／ｓ 以
上の元素の材質でできた第一壁２により構成される。
【０００９】中性粒子入射装置からプラズマ中に入射さ
れたビームはプラズマ中でイオン化して高速イオンにな
る。この高速イオンはプラズマの電子やイオンと衝突し
ながら減速していく。この減速時間は、フォッカープラ
ンク方程式を解くことにより得られ、プラズマの電子温
度の３／２乗に比例し、密度に逆比例する。ビームイオ
ンはイオン化してからこの減速時間迄は高速で不純物と
核反応を起こしやすい。核反応の総量は高速のビームイ
オン密度と不純物イオン密度の積に比例する。一方、不
純物発生量は周辺部のプラズマの密度、温度に依存する
が、これらの関係は現在のところ明らかになっていな
い。プラズマ中の不純物量は大型トカマクの実験などで
は、５×１０19／ｍ3 以上の高密度領域では、概ねプラ
ズマの密度に比例しており、プラズマ中での濃度は一定
と考えてよい。また、プラズマの電子、イオンは磁力線
に沿って動きやすく、ほとんどのプラズマはダイバータ
板に当る。そのため、不純物はダイバータ板からもっと
も多く発生量すると考えられる。ビームイオンと不純物
の核反応量は、ビームイオン密度と不純物密度の積に比
例し、かつ、反応断面積に比例する。従って、プラズマ
の電子温度が高温で、かつ、断面積のより大きい不純物
のほうが反応量がより大きくなる。
れたビームはプラズマ中でイオン化して高速イオンにな
る。この高速イオンはプラズマの電子やイオンと衝突し
ながら減速していく。この減速時間は、フォッカープラ
ンク方程式を解くことにより得られ、プラズマの電子温
度の３／２乗に比例し、密度に逆比例する。ビームイオ
ンはイオン化してからこの減速時間迄は高速で不純物と
核反応を起こしやすい。核反応の総量は高速のビームイ
オン密度と不純物イオン密度の積に比例する。一方、不
純物発生量は周辺部のプラズマの密度、温度に依存する
が、これらの関係は現在のところ明らかになっていな
い。プラズマ中の不純物量は大型トカマクの実験などで
は、５×１０19／ｍ3 以上の高密度領域では、概ねプラ
ズマの密度に比例しており、プラズマ中での濃度は一定
と考えてよい。また、プラズマの電子、イオンは磁力線
に沿って動きやすく、ほとんどのプラズマはダイバータ
板に当る。そのため、不純物はダイバータ板からもっと
も多く発生量すると考えられる。ビームイオンと不純物
の核反応量は、ビームイオン密度と不純物密度の積に比
例し、かつ、反応断面積に比例する。従って、プラズマ
の電子温度が高温で、かつ、断面積のより大きい不純物
のほうが反応量がより大きくなる。
【００１０】次に、この核融合炉の効果を概略説明す
る。図２、図３は主半径約５ｍ，副半径約２ｍのトカマ
ク炉に３００ＭＷの中性粒子を入射している条件で、ビ
ームに重水素を用い、第一壁の材質として6Ｌｉ を用い
た場合の不純物燃焼によるエネルギを計算した結果で、
プラズマ中の主な不純物を6Ｌｉ として計算した例であ
る。ビームエネルギが２ＭｅＶ（図２）では、6Ｌｉと
Ｄ の燃焼効果が燃料希釈の効果より小さいが、逆に、
ビームエネルギが６ＭｅＶ(図３）では6ＬｉとＤの燃焼
効果が燃料希釈や放射損失の増大を上回っていることが
解る。
る。図２、図３は主半径約５ｍ，副半径約２ｍのトカマ
ク炉に３００ＭＷの中性粒子を入射している条件で、ビ
ームに重水素を用い、第一壁の材質として6Ｌｉ を用い
た場合の不純物燃焼によるエネルギを計算した結果で、
プラズマ中の主な不純物を6Ｌｉ として計算した例であ
る。ビームエネルギが２ＭｅＶ（図２）では、6Ｌｉと
Ｄ の燃焼効果が燃料希釈の効果より小さいが、逆に、
ビームエネルギが６ＭｅＶ(図３）では6ＬｉとＤの燃焼
効果が燃料希釈や放射損失の増大を上回っていることが
解る。
【００１１】核反応断面積は、ビームエネルギに依存す
るため、不純物の元素により最適なビームエネルギがあ
る。もっとも、反応しやすい元素は6Ｌｉ であるが、最
適エネルギは５ＭｅＶ以上である。また、工学的にはエ
ネルギの高いビームの方が作りにくいため、中性粒子入
射装置のエネルギは経済性を考慮して選ぶ必要がある。
るため、不純物の元素により最適なビームエネルギがあ
る。もっとも、反応しやすい元素は6Ｌｉ であるが、最
適エネルギは５ＭｅＶ以上である。また、工学的にはエ
ネルギの高いビームの方が作りにくいため、中性粒子入
射装置のエネルギは経済性を考慮して選ぶ必要がある。
【００１２】ビームイオンと反応させる元素として、6
Ｌｉ以外に9Ｂｅ，13Ｃを用いた場合は、同一のビーム
エネルギでは6Ｌｉ の場合より、不純物の燃焼エネルギ
は約１／１０、１／１００倍となる。従って、用いる元
素としてビームが重水素の時6Ｌｉがもっとも利得が得
られやすい。但し、6Ｌｉは核融合炉の第一壁の温度条
件（１０００℃以上）では昇華するので、他の元素の合
金、或は添加物として使用する必要がある。
Ｌｉ以外に9Ｂｅ，13Ｃを用いた場合は、同一のビーム
エネルギでは6Ｌｉ の場合より、不純物の燃焼エネルギ
は約１／１０、１／１００倍となる。従って、用いる元
素としてビームが重水素の時6Ｌｉがもっとも利得が得
られやすい。但し、6Ｌｉは核融合炉の第一壁の温度条
件（１０００℃以上）では昇華するので、他の元素の合
金、或は添加物として使用する必要がある。
【００１３】図４ないし図６は、第一壁２にそれぞれビ
ームとの反応用元素に6Ｌｉ,9Ｂｅ，13Ｃを使用した例
である。図４はグラファイトに6Ｌｉ を含ませた第一壁
用タイル３で、図５はグラファイトに9Ｂｅ を含ませた
第一壁用タイル４である。また、図６は13Ｃの同位体成
分を濃縮した炭素から作ったグラファイトの第一壁用タ
イル５である。これらのグラファイトを簡単に作る方法
は6Ｌｉ，9Ｂｅをビームでグラファイトに打ち込むこと
であるが、この方法はコストが高い。そこで、グラファ
イトを作る段階で6Ｌｉ，9Ｂｅなどをしみ込ませる方法
などが考えられる。また、13Ｃ濃度を高める方法は炭化
水素のプラズマから飛行時間法で分ける方法、ガス上の
炭化水素の遠心分離方法などが考えられる。
ームとの反応用元素に6Ｌｉ,9Ｂｅ，13Ｃを使用した例
である。図４はグラファイトに6Ｌｉ を含ませた第一壁
用タイル３で、図５はグラファイトに9Ｂｅ を含ませた
第一壁用タイル４である。また、図６は13Ｃの同位体成
分を濃縮した炭素から作ったグラファイトの第一壁用タ
イル５である。これらのグラファイトを簡単に作る方法
は6Ｌｉ，9Ｂｅをビームでグラファイトに打ち込むこと
であるが、この方法はコストが高い。そこで、グラファ
イトを作る段階で6Ｌｉ，9Ｂｅなどをしみ込ませる方法
などが考えられる。また、13Ｃ濃度を高める方法は炭化
水素のプラズマから飛行時間法で分ける方法、ガス上の
炭化水素の遠心分離方法などが考えられる。
【００１４】次に、本発明の他の実施例を図７により説
明する。図７は、第一壁のプラズマ対向面の部分に6Ｌ
ｉ を含んだ材質を使用した第一壁用タイル６で、図４
ないし６より経済性を高めたものである。特に、不純物
の発生量が大きいダイバータ板７の所に使用すると効果
がある。
明する。図７は、第一壁のプラズマ対向面の部分に6Ｌ
ｉ を含んだ材質を使用した第一壁用タイル６で、図４
ないし６より経済性を高めたものである。特に、不純物
の発生量が大きいダイバータ板７の所に使用すると効果
がある。
【００１５】
【発明の効果】本発明によれば、不純物による燃料希
釈、放射損失等から生ずるプラズマの温度低下を防止で
きるので、核融合炉の定常運転を容易にする効果があ
る。また、プラズマの温度低下が防げるとプラズマがデ
ィスラプションしにくく、プラズマを制御しやすい。
釈、放射損失等から生ずるプラズマの温度低下を防止で
きるので、核融合炉の定常運転を容易にする効果があ
る。また、プラズマの温度低下が防げるとプラズマがデ
ィスラプションしにくく、プラズマを制御しやすい。
【図１】核融合炉の説明図。
【図２】ビームエネルギ２ＭｅＶのプラズマのエネルギ
収支の特性図。
収支の特性図。
【図３】ビームエネルギ６ＭｅＶのプラズマのエネルギ
収支の特性図。
収支の特性図。
【図４】6Ｌｉを含んだ第一壁用タイルの斜視図。
【図５】9Ｂｅを含んだ第一壁用タイルの斜視図。
【図６】13Ｃ濃度が高い炭素よりなる第一壁用タイルの
斜視図。
斜視図。
【図７】ダイバータ板の位置と表面に6Ｌｉを含んだ材
質よりなる第一壁用タイルの説明図。
質よりなる第一壁用タイルの説明図。
１…中性粒子入射装置、２…第一壁、３…6Ｌｉを使用
した第一壁、４…9Ｂｅを使用した第一壁、５…13Ｃを
使用した第一壁。
した第一壁、４…9Ｂｅを使用した第一壁、５…13Ｃを
使用した第一壁。
Claims (5)
- 【請求項１】エネルギ１ＭｅＶ以上の中性粒子入射装置
を備える核融合炉において、第一壁を構成する物質を中
性粒子入射装置のビームの元素と１／１０12ｍ3／ｓ 以
上の反応率をもつ元素を含ませたことを特徴とする核融
合炉。 - 【請求項２】請求項１において、前記ビームと反応させ
る元素に6Ｌｉ を使用した材質を用いた核融合炉。 - 【請求項３】請求項１において、前記ビームと反応させ
る元素に9Ｂｅ を使用した材質を用いた核融合炉。 - 【請求項４】請求項１において、前記ビームと反応させ
る元素に13Ｃを使用した材質を用いた核融合炉。 - 【請求項５】請求項１，２，３または４において、前記
ビームと反応させる元素を含む材質の部分を表面プラズ
マ対向面にした核融合炉。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3239267A JPH0580169A (ja) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | 核融合炉 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3239267A JPH0580169A (ja) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | 核融合炉 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0580169A true JPH0580169A (ja) | 1993-04-02 |
Family
ID=17042226
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3239267A Pending JPH0580169A (ja) | 1991-09-19 | 1991-09-19 | 核融合炉 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0580169A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106935279A (zh) * | 2015-12-30 | 2017-07-07 | 核工业西南物理研究院 | 一种高功率长脉冲中性束注入器真空室 |
-
1991
- 1991-09-19 JP JP3239267A patent/JPH0580169A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106935279A (zh) * | 2015-12-30 | 2017-07-07 | 核工业西南物理研究院 | 一种高功率长脉冲中性束注入器真空室 |
| CN106935279B (zh) * | 2015-12-30 | 2019-02-26 | 核工业西南物理研究院 | 一种高功率长脉冲中性束注入器真空室 |
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