JPH0750178B2 - 核融合装置のブランケツト - Google Patents
核融合装置のブランケツトInfo
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- JPH0750178B2 JPH0750178B2 JP59224019A JP22401984A JPH0750178B2 JP H0750178 B2 JPH0750178 B2 JP H0750178B2 JP 59224019 A JP59224019 A JP 59224019A JP 22401984 A JP22401984 A JP 22401984A JP H0750178 B2 JPH0750178 B2 JP H0750178B2
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- tritium
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- neutron
- blanket
- neutron multiplication
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- 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
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- Perforating, Stamping-Out Or Severing By Means Other Than Cutting (AREA)
- Lining Or Joining Of Plastics Or The Like (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔本発明の利用分野〕 本発明は核融合装置のブランケツトに係り、特に、核融
合反応の燃料であるトリチウムの生産と、核融合反応に
よつて生成した中性子の運動エネルギーを熱エネルギー
に変換する役割をもつている核融合装置のブランケツト
に関する。
合反応の燃料であるトリチウムの生産と、核融合反応に
よつて生成した中性子の運動エネルギーを熱エネルギー
に変換する役割をもつている核融合装置のブランケツト
に関する。
核融合装置には種々の方式のものが考えられているが、
そのうち主として使用されているのがトカマク型核融合
装置である。
そのうち主として使用されているのがトカマク型核融合
装置である。
トカマク型核融合装置は、第１図に示す様に概略構成さ
れている。即ち、１はほぼドーナツ状のプラズマで、こ
のプラズマ１は、プラズマ１を取り囲み、かつ、トーラ
ス周方向に所定間隔をもつて複数個配置されるトロイダ
ルコイル６、及びプラズマ１とほぼ同軸上に配置される
ポロイダルコイルによつて発生するトロイダル磁場、及
び垂直磁場、四重極磁場等の磁場により閉じ込められる
ように構成されている。そして、プラズマ１の外側に
は、これを取り囲むようにプラズマ１からの熱輻射、粒
子の衝突を直接受け、これらの熱輻射、及び粒子のエネ
ルギーを取り出す役割を果している第一壁２がある。第
一壁２の外側には、これを取り囲むように、核融合反応
の燃料であるトリチウムの生産と、核融合反応によつて
生成した中性子の運動エネルギーを熱エネルギーに変換
する役割をもつているブランケツト３が配置されてい
る。このブランケツト３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の遮蔽体
５が設置されている。また、ブランケツト３の開孔部に
は、プラズマ１の不純物を除去するため、電離した粒子
を中性化するダイバータ４が設置されており、ダイバー
タ４で集められた不純物を含む中性化された粒子は、排
気ダクト８から外部へ排出されるようになつている。通
常、該図に示されるようなプラズマ１の断面形状が非円
形なプラズマは、上下方向位置に関して不安定であるた
め、プラズマ１を上下方向位置制御しなければならな
い。そこで上下方向位置不安定成長速度を、プラズマ位
置制御が可能な速度に抑制するため、シエルコイル９が
ブランケツト３の所定箇所に設置されている。
れている。即ち、１はほぼドーナツ状のプラズマで、こ
のプラズマ１は、プラズマ１を取り囲み、かつ、トーラ
ス周方向に所定間隔をもつて複数個配置されるトロイダ
ルコイル６、及びプラズマ１とほぼ同軸上に配置される
ポロイダルコイルによつて発生するトロイダル磁場、及
び垂直磁場、四重極磁場等の磁場により閉じ込められる
ように構成されている。そして、プラズマ１の外側に
は、これを取り囲むようにプラズマ１からの熱輻射、粒
子の衝突を直接受け、これらの熱輻射、及び粒子のエネ
ルギーを取り出す役割を果している第一壁２がある。第
一壁２の外側には、これを取り囲むように、核融合反応
の燃料であるトリチウムの生産と、核融合反応によつて
生成した中性子の運動エネルギーを熱エネルギーに変換
する役割をもつているブランケツト３が配置されてい
る。このブランケツト３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の遮蔽体
５が設置されている。また、ブランケツト３の開孔部に
は、プラズマ１の不純物を除去するため、電離した粒子
を中性化するダイバータ４が設置されており、ダイバー
タ４で集められた不純物を含む中性化された粒子は、排
気ダクト８から外部へ排出されるようになつている。通
常、該図に示されるようなプラズマ１の断面形状が非円
形なプラズマは、上下方向位置に関して不安定であるた
め、プラズマ１を上下方向位置制御しなければならな
い。そこで上下方向位置不安定成長速度を、プラズマ位
置制御が可能な速度に抑制するため、シエルコイル９が
ブランケツト３の所定箇所に設置されている。
前記ブランケツト３の内部には、リチウムまたはリチウ
ム化合物から成るトリチウム増殖材が設置され、プラズ
マ１から核融合反応で発生した14.1MeVのエネルギーを
もつ中性子をリチウムと反応させることによつてリチウ
ムを生産するようになつている。核融合反応で１個のト
リチウムが消費されると、１個の中性子が発生するの
で、１個の中性子をリチウムと反応させて生産されるト
リチウムの個数を「トリチウム増殖比」と呼び、ブラン
ケツト３のトリチウム生産能力を示す量として使用され
ている。重水素とトリチウムの核融合反応によりエネル
ギーを採り出す核融合装置では、トリチウムが天然には
存在しないため、少なくとも消費されたトリチウムと同
量をブランケツト３で生産しなければならない。すなわ
ち、トリチウム増殖比として1.0を越えることのできる
ブランケツト３を備える必要がある。トリチウム増殖材
であるリチウムとして、天然のリチウムには、7Liが92.
6％,6Liが7.4％含まれており、前者は中性子と7Li（n,
n′α）Ｔ、後者は、6Li（n,α）Ｔと反応する（ここ
で、n,n′は中性子、αはアルフア粒子、Ｔはトリチウ
ムを示す）。前者の反応においては、トリチウムを１個
生成し、同時に、中性子を１個生成する。この中性子
が、再び6Liと反応してトリチウムを生成するため、ト
リチウム増殖比として１を越える可能性がある。すなわ
ち、7Liの反応がトリチウム増殖比として１を越える可
能性を与えている。後者の反応は熱中性子に対して大き
な反応断面積をもち、中性子が減速されればされる程反
応し易くなる。これに対して、前者の反応はしきい値約
2MeVをもつ反応であるため、核融合反応で発生した14.1
MeVの中性子が、第一壁２を構成しているSiC等の保護
材、ステンレス鋼等の構造材、水等の冷却材により達成
されると、反応率が減少するので、トリチウム増殖比と
して１を越すことが困難となる。
ム化合物から成るトリチウム増殖材が設置され、プラズ
マ１から核融合反応で発生した14.1MeVのエネルギーを
もつ中性子をリチウムと反応させることによつてリチウ
ムを生産するようになつている。核融合反応で１個のト
リチウムが消費されると、１個の中性子が発生するの
で、１個の中性子をリチウムと反応させて生産されるト
リチウムの個数を「トリチウム増殖比」と呼び、ブラン
ケツト３のトリチウム生産能力を示す量として使用され
ている。重水素とトリチウムの核融合反応によりエネル
ギーを採り出す核融合装置では、トリチウムが天然には
存在しないため、少なくとも消費されたトリチウムと同
量をブランケツト３で生産しなければならない。すなわ
ち、トリチウム増殖比として1.0を越えることのできる
ブランケツト３を備える必要がある。トリチウム増殖材
であるリチウムとして、天然のリチウムには、7Liが92.
6％,6Liが7.4％含まれており、前者は中性子と7Li（n,
n′α）Ｔ、後者は、6Li（n,α）Ｔと反応する（ここ
で、n,n′は中性子、αはアルフア粒子、Ｔはトリチウ
ムを示す）。前者の反応においては、トリチウムを１個
生成し、同時に、中性子を１個生成する。この中性子
が、再び6Liと反応してトリチウムを生成するため、ト
リチウム増殖比として１を越える可能性がある。すなわ
ち、7Liの反応がトリチウム増殖比として１を越える可
能性を与えている。後者の反応は熱中性子に対して大き
な反応断面積をもち、中性子が減速されればされる程反
応し易くなる。これに対して、前者の反応はしきい値約
2MeVをもつ反応であるため、核融合反応で発生した14.1
MeVの中性子が、第一壁２を構成しているSiC等の保護
材、ステンレス鋼等の構造材、水等の冷却材により達成
されると、反応率が減少するので、トリチウム増殖比と
して１を越すことが困難となる。
そこで、従来の核融合装置のブランケツトにおいては、
核融合反応で発生した中性子を、リチウムと反応させる
前に、鉛やペリリウム等の（n,2n）反応の大きい物質と
反応させ、中性子を増倍した後にリチウムと反応させる
ことによつて、トリチウム増殖比として１を越す方式が
採られている。この方式では、（n,2n）反応は、ペリリ
ウムでは1.8MeV、それ以外の物質ではMeV乃至十数MeVと
いうしきい値をもつもので、鉛やペリリウム等から成る
中性子増倍層をプラズマに近接した領域に設置してい
る。
核融合反応で発生した中性子を、リチウムと反応させる
前に、鉛やペリリウム等の（n,2n）反応の大きい物質と
反応させ、中性子を増倍した後にリチウムと反応させる
ことによつて、トリチウム増殖比として１を越す方式が
採られている。この方式では、（n,2n）反応は、ペリリ
ウムでは1.8MeV、それ以外の物質ではMeV乃至十数MeVと
いうしきい値をもつもので、鉛やペリリウム等から成る
中性子増倍層をプラズマに近接した領域に設置してい
る。
このような構成のブランケツト３を第２図に示す。該図
において、10はステンレス鋼等のブランケツト容器で、
プラズマ側が第一壁２を兼用している。そして、この内
部には上記した鉛やペリリウム等から成る中性子増倍層
13がプラズマ側（第一壁２側）に位置するように設置さ
れている。11はLi2O等からなるトリチウム増殖材で、こ
の領域で、中性子の減速や中性子とリチウムのトリチウ
ム生成反応で発生した熱は、トリチウム増殖機11に設け
られたブランケツト冷却材12によつて外部へ採り出され
る。
において、10はステンレス鋼等のブランケツト容器で、
プラズマ側が第一壁２を兼用している。そして、この内
部には上記した鉛やペリリウム等から成る中性子増倍層
13がプラズマ側（第一壁２側）に位置するように設置さ
れている。11はLi2O等からなるトリチウム増殖材で、こ
の領域で、中性子の減速や中性子とリチウムのトリチウ
ム生成反応で発生した熱は、トリチウム増殖機11に設け
られたブランケツト冷却材12によつて外部へ採り出され
る。
このように構成されるブランケツト３の中性子増倍層13
で（n,2n）反応で発生した中性子、及び弾性、または非
弾性散乱を受けた中性子のスペクトルでは、7Li（n,n′
α）Ｔ反応断面積の平均値以上となるエネルギー領域で
の割合が、中性子増倍層13を設置しない場合に較べて数
分の１以下に減少する。そのため、7Liのトリチウム増
殖比への寄与には期待できない。そこで、通常は6Liの
トリチウム生成反応を増大させるため、トリチウム増殖
材11として、天然リチウムをそのまま化合物の形で使用
するのではなく、6Liを50％乃至90％に濃縮し、謂所富
化度を高めたリチウムの化合物であるLi2Oを使用してい
る。
で（n,2n）反応で発生した中性子、及び弾性、または非
弾性散乱を受けた中性子のスペクトルでは、7Li（n,n′
α）Ｔ反応断面積の平均値以上となるエネルギー領域で
の割合が、中性子増倍層13を設置しない場合に較べて数
分の１以下に減少する。そのため、7Liのトリチウム増
殖比への寄与には期待できない。そこで、通常は6Liの
トリチウム生成反応を増大させるため、トリチウム増殖
材11として、天然リチウムをそのまま化合物の形で使用
するのではなく、6Liを50％乃至90％に濃縮し、謂所富
化度を高めたリチウムの化合物であるLi2Oを使用してい
る。
このようなブランケツト３について、１次元円柱モデル
による計算結果では、鉛またはペリリウムを用いた中性
子増倍層13の厚さを横軸に採り、トリチウム増殖比を示
すと、第３図のようになり、最大のトリチウム増殖比と
して鉛の場合で1.3が得られる。ここで、１次元円柱モ
デルとは、核融合装置の炉心部をつぎのようにモデル化
したものである。すなわち、第１図において、プラズマ
１の中心を原点としてプラズマ半径方向にＲ座標を採
り、プラズマ１の中心のトーラス方向にＺ軸を採る。ト
ーラスを直線で近似し、Ｚ軸の周りに回転対称としたの
が１次元円柱モデルである。従つて、このモデルでは、
プラズマ１の断面は、その実効半径をもつ円形で、その
周りに、第一壁２、中性子増倍層13、トリチウム増殖材
11、遮蔽体５が一様な厚さで存在しているものとしてい
る。ところが、実際の核融合装置の炉心部においては、
第１図のように、ダイバータ４の部分にはトリチウム増
殖用のブランケツト３を設置することはできない。この
ことにより、トリチウム増殖比は0.09減小する。また、
トーラスの中心に近い部分の謂所内側ブランケツト３の
厚さは、トーラスの中心より遠い部分の謂所外側ブラン
ケツト３の厚さ（＝46cm）よりも10cm少ない。このため
に、トリチウム増殖比は0.04減小する。更に、第１図に
示したように、プラズマ１とブランケツト３の間には、
部分的にシエルコイル９がある。これは、約4cm厚さの
アルミ合金を約1cm厚さのステンレス鋼のカンで包んだ
構造をもち、上下に１体づつあり、それぞれ巾が約1.8m
でトーラス全周を覆つている。このために減小するトリ
チウム増殖比は0.11である。以上を合計すると、0.23と
なり、この値だけ、１次元円柱計算よりもトリチウム増
殖比が低くなり、1.07となる。ところが、トリチウム増
殖比の計算に使用している中性子に関する核定数には誤
差があり、トリチウム増殖比に対して、＋0.02〜−0.07
の不確かさを与える。このことは、場合によつてはトリ
チウム増殖比として1.0を下回る可能のあることを示唆
している。
による計算結果では、鉛またはペリリウムを用いた中性
子増倍層13の厚さを横軸に採り、トリチウム増殖比を示
すと、第３図のようになり、最大のトリチウム増殖比と
して鉛の場合で1.3が得られる。ここで、１次元円柱モ
デルとは、核融合装置の炉心部をつぎのようにモデル化
したものである。すなわち、第１図において、プラズマ
１の中心を原点としてプラズマ半径方向にＲ座標を採
り、プラズマ１の中心のトーラス方向にＺ軸を採る。ト
ーラスを直線で近似し、Ｚ軸の周りに回転対称としたの
が１次元円柱モデルである。従つて、このモデルでは、
プラズマ１の断面は、その実効半径をもつ円形で、その
周りに、第一壁２、中性子増倍層13、トリチウム増殖材
11、遮蔽体５が一様な厚さで存在しているものとしてい
る。ところが、実際の核融合装置の炉心部においては、
第１図のように、ダイバータ４の部分にはトリチウム増
殖用のブランケツト３を設置することはできない。この
ことにより、トリチウム増殖比は0.09減小する。また、
トーラスの中心に近い部分の謂所内側ブランケツト３の
厚さは、トーラスの中心より遠い部分の謂所外側ブラン
ケツト３の厚さ（＝46cm）よりも10cm少ない。このため
に、トリチウム増殖比は0.04減小する。更に、第１図に
示したように、プラズマ１とブランケツト３の間には、
部分的にシエルコイル９がある。これは、約4cm厚さの
アルミ合金を約1cm厚さのステンレス鋼のカンで包んだ
構造をもち、上下に１体づつあり、それぞれ巾が約1.8m
でトーラス全周を覆つている。このために減小するトリ
チウム増殖比は0.11である。以上を合計すると、0.23と
なり、この値だけ、１次元円柱計算よりもトリチウム増
殖比が低くなり、1.07となる。ところが、トリチウム増
殖比の計算に使用している中性子に関する核定数には誤
差があり、トリチウム増殖比に対して、＋0.02〜−0.07
の不確かさを与える。このことは、場合によつてはトリ
チウム増殖比として1.0を下回る可能のあることを示唆
している。
以上述べたように、従来の構成のブランケツト３を備え
た核融合装置では、トリチウム増殖比が1.0以下となる
可能性があり、消費されたトリチウムと同量を生産でき
なくなる恐れがある。トリチウム増殖比1.0を確保する
ためには、ブランケツトは所定の厚みより削減できず、
ブランケツトが厚くなり、結果的に装置が大型となる欠
点があつた。
た核融合装置では、トリチウム増殖比が1.0以下となる
可能性があり、消費されたトリチウムと同量を生産でき
なくなる恐れがある。トリチウム増殖比1.0を確保する
ためには、ブランケツトは所定の厚みより削減できず、
ブランケツトが厚くなり、結果的に装置が大型となる欠
点があつた。
本発明は上述の点に鑑み成されたもので、その目的とす
るところは、トリチウム増殖比を充分高くし、消費され
たトリチウムの量が生産でき、かつ、トリチウム増殖比
を損なわないで厚さを薄くできる核融合装置のブランケ
ツトを提供するにある。
るところは、トリチウム増殖比を充分高くし、消費され
たトリチウムの量が生産でき、かつ、トリチウム増殖比
を損なわないで厚さを薄くできる核融合装置のブランケ
ツトを提供するにある。
上記目的を達成するために本発明では、トロイダルコイ
ルとポロイダルコイルによって発生する磁場により閉じ
込められるプラズマを取り囲むように配置され、該プラ
ズマに近接した領域に位置し、該プラズマから核融合反
応で発生した中性子を増倍する中性子増倍効果の大きい
材料からなる中性子増倍層と、該中性子増倍層の反プラ
ズマ側に位置し、リチウム、又はリチウム化合物から成
り、前記プラズマから核融合反応発生した中性子を前記
中性子増倍層を介してリチウムと反応させることによっ
てトリチウムを生産すると共に、このトリチウム生成反
応で発生した熱を外部に取り出す冷却材を内部に備えて
いるトリチウム増殖材と、該トリチウム増殖材と中性子
増倍層を収納する容器とから構成される核融合装置のブ
ランケツトにおいて、前記トリチウム増殖材と中性子増
倍層との間に、トリチウム増殖中間層と中性子増倍中間
層を配置し、該トリチウム増殖中間層が前記中性増倍層
側に、該中性子増倍中間層が前記トリチウム増殖材側に
それぞれ位置するように介在させ、前記トリチウム増殖
中間層を前記トリチウム増殖層より薄く形成させると共
に、前記中性子増倍中間層を前記中性子増倍層よりも厚
く形成させるようにしたものである。
ルとポロイダルコイルによって発生する磁場により閉じ
込められるプラズマを取り囲むように配置され、該プラ
ズマに近接した領域に位置し、該プラズマから核融合反
応で発生した中性子を増倍する中性子増倍効果の大きい
材料からなる中性子増倍層と、該中性子増倍層の反プラ
ズマ側に位置し、リチウム、又はリチウム化合物から成
り、前記プラズマから核融合反応発生した中性子を前記
中性子増倍層を介してリチウムと反応させることによっ
てトリチウムを生産すると共に、このトリチウム生成反
応で発生した熱を外部に取り出す冷却材を内部に備えて
いるトリチウム増殖材と、該トリチウム増殖材と中性子
増倍層を収納する容器とから構成される核融合装置のブ
ランケツトにおいて、前記トリチウム増殖材と中性子増
倍層との間に、トリチウム増殖中間層と中性子増倍中間
層を配置し、該トリチウム増殖中間層が前記中性増倍層
側に、該中性子増倍中間層が前記トリチウム増殖材側に
それぞれ位置するように介在させ、前記トリチウム増殖
中間層を前記トリチウム増殖層より薄く形成させると共
に、前記中性子増倍中間層を前記中性子増倍層よりも厚
く形成させるようにしたものである。
つまり、本発明では、トリチウム増殖材と中性子増倍層
との間に、トリチウム増殖中間層と中性子増倍中間層を
配置し、トリチウム増殖中間層が中性子増倍層側に、中
性子増倍中間層がトリチウム増殖材側にそれぞれ位置す
るように介在させることで、中性子増倍中間層により高
い中性子増倍効果を得、トリチウム増殖中間層により中
性子のトリチウム増殖効率を高めることができる。
との間に、トリチウム増殖中間層と中性子増倍中間層を
配置し、トリチウム増殖中間層が中性子増倍層側に、中
性子増倍中間層がトリチウム増殖材側にそれぞれ位置す
るように介在させることで、中性子増倍中間層により高
い中性子増倍効果を得、トリチウム増殖中間層により中
性子のトリチウム増殖効率を高めることができる。
また、中性子増倍中間層を中性子増倍層よりも厚く形成
させること、すなわちプラズマに近い中性子増倍層を薄
くすれば、該中性子増倍層での後方散乱による中性子の
損失を減らすことができ、中性子増倍中間層を中性子増
倍層より厚くすることにより、高い中性子増倍効果が得
られ、しかも後方散乱中性子はトリチウム増殖中間層に
よりトリチウム増殖に利用できる。
させること、すなわちプラズマに近い中性子増倍層を薄
くすれば、該中性子増倍層での後方散乱による中性子の
損失を減らすことができ、中性子増倍中間層を中性子増
倍層より厚くすることにより、高い中性子増倍効果が得
られ、しかも後方散乱中性子はトリチウム増殖中間層に
よりトリチウム増殖に利用できる。
更に、トリチウム増殖中間層をトリチウム増殖層より薄
く形成させようとすれば、プラズマからの中性子の減速
を極力抑え、中性子増倍中間層での中性子増倍反応の効
率を高めることができ、中性子増倍中間層の後方のトリ
チウム増殖層を十分厚くすることによって中性子のトリ
チウム増殖効率を高めることができる。
く形成させようとすれば、プラズマからの中性子の減速
を極力抑え、中性子増倍中間層での中性子増倍反応の効
率を高めることができ、中性子増倍中間層の後方のトリ
チウム増殖層を十分厚くすることによって中性子のトリ
チウム増殖効率を高めることができる。
従って、トリチウム増殖比が高く、かつ、トリチウム増
殖比を損なわないでブランケツト厚さを薄くできるわけ
である。
殖比を損なわないでブランケツト厚さを薄くできるわけ
である。
以下、図面の実施例に基づいて本発明を詳細に説明す
る。尚、符号は従来と同一のものは同符号を使用する。
る。尚、符号は従来と同一のものは同符号を使用する。
第４図に本発明の一実施例である核融合装置のブランケ
ツトの概略を示す。該図において、２はプラズマに直面
する第一壁で、10はブランケツト容器である。このブラ
ンケツト容器10内のプラズマに近接する領域に設置され
た中性子増倍層13は、鉛等の中性子増倍効果の大きい材
料から成る。それ外側には、Li2Oから成る数cm程度の厚
さの深いトリチウム増殖中間層15があり、これを、ペリ
リウム等のしきい値の低い中性子増倍効果の大きい材料
から成る中性子増倍中間層16で挾むように設置されてい
る。その外側には、従来のブランケツトと同様に、Li2O
のトリチウム増殖材11から成る領域が設置され、中性子
の減速、及びトリチウム生成反応で発生した熱を除去す
るためのブランケツト冷却材12が貫流している。
ツトの概略を示す。該図において、２はプラズマに直面
する第一壁で、10はブランケツト容器である。このブラ
ンケツト容器10内のプラズマに近接する領域に設置され
た中性子増倍層13は、鉛等の中性子増倍効果の大きい材
料から成る。それ外側には、Li2Oから成る数cm程度の厚
さの深いトリチウム増殖中間層15があり、これを、ペリ
リウム等のしきい値の低い中性子増倍効果の大きい材料
から成る中性子増倍中間層16で挾むように設置されてい
る。その外側には、従来のブランケツトと同様に、Li2O
のトリチウム増殖材11から成る領域が設置され、中性子
の減速、及びトリチウム生成反応で発生した熱を除去す
るためのブランケツト冷却材12が貫流している。
このような本発明の実施例の核融合装置のブランケツト
について、前記した１次元円柱モデルでトリチウム増殖
比を計算すると第５図のようになる。第５図は中性子増
倍層13に鉛を用い、その厚さを5cm、トリチウム増殖中
間層15を3cmとし、中性子増倍中間16にペリリウムを用
い、その厚さを横軸に採り、縦軸にトリチウム増殖比を
採つたものである。該図のようにトリチウム増殖比は、
従来のブランケツトの場合の第３図に比べて大きな値と
なり、中性子増倍中間層16の厚さ15cmのときには、1.55
となる。
について、前記した１次元円柱モデルでトリチウム増殖
比を計算すると第５図のようになる。第５図は中性子増
倍層13に鉛を用い、その厚さを5cm、トリチウム増殖中
間層15を3cmとし、中性子増倍中間16にペリリウムを用
い、その厚さを横軸に採り、縦軸にトリチウム増殖比を
採つたものである。該図のようにトリチウム増殖比は、
従来のブランケツトの場合の第３図に比べて大きな値と
なり、中性子増倍中間層16の厚さ15cmのときには、1.55
となる。
本発明の核融合装置のブランケツトで、このような大き
なトリチウム増殖比が得られるのは、つぎのような理由
によるものである。即ち核融合反応で発生した14.1MeV
の中性子は、第一壁２を通過した後に、中性子増倍層13
で、（n,2n）反応を起こし、中性子の数が反応の個数分
だけ増加する。この反応で発生した中性子、及び中性子
増倍層13を通した中性子は、トリチウム増殖中間層15の
中で一部吸収されたもの以外は、中性子増倍中間層16に
入り、その中で、（n,2n）反応を起こす。この時、中性
子増倍層13の鉛で（n,2n）反応により発生した中性子ス
ペクトルは、中性子増倍中間層16のペリリウムの（n,2
n）の反応のしきい値1.8MeV以上を占める割合が1/3程度
を有する。そのため、鉛の（n,2n）で発生した中性子の
約1/3は、再度中性子増倍反応を受けることになるの
で、その分だけ、トリチウム増殖比が大きくなる。ここ
で、本発明の核融合装置のブランケツトでは、中性子増
倍層13と中性子増倍中間層16を接して配置しないで、そ
の中間にトリチウム増殖中間層15を設置したのは、つぎ
のような理由によるものである。中性子増倍中間層16を
構成しているペリリウムで（n,2n）反応により発生した
中性子、及び散乱された中性子のうち、後方（中性子増
倍中間層13の方向）に向う中性子の割合が大きく、か
つ、ペリリウムが軽核種であるため大きく減速される。
そのため、中性子増倍層13へ向う中性子のエネルギー分
布は、鉛の吸収領域に入るので、二重に増倍反応を受け
ても鉛に吸収されて中性子の数が増加しない。そこで本
発明では、トリチウム増殖中間層15を設置し、中性子増
倍層13の方向へ向う中性子を鉛に吸収される前に、Li2O
と反応させトリチウムを生成させ中性子の有効利用を図
つている。ちなみに、トリチウム増殖中間層15を設置し
なかつた場合のトリチウム増殖比を第６図に示す。該図
は、横軸に中性子増倍中間層としてのペリリウムの厚さ
を採つたものである。この場合には、トリチウム増殖比
は最大でも1.25を少し越えるだけで、むしろ、中性子増
倍中間層を設置しない方がよいということが第６図から
解る。
なトリチウム増殖比が得られるのは、つぎのような理由
によるものである。即ち核融合反応で発生した14.1MeV
の中性子は、第一壁２を通過した後に、中性子増倍層13
で、（n,2n）反応を起こし、中性子の数が反応の個数分
だけ増加する。この反応で発生した中性子、及び中性子
増倍層13を通した中性子は、トリチウム増殖中間層15の
中で一部吸収されたもの以外は、中性子増倍中間層16に
入り、その中で、（n,2n）反応を起こす。この時、中性
子増倍層13の鉛で（n,2n）反応により発生した中性子ス
ペクトルは、中性子増倍中間層16のペリリウムの（n,2
n）の反応のしきい値1.8MeV以上を占める割合が1/3程度
を有する。そのため、鉛の（n,2n）で発生した中性子の
約1/3は、再度中性子増倍反応を受けることになるの
で、その分だけ、トリチウム増殖比が大きくなる。ここ
で、本発明の核融合装置のブランケツトでは、中性子増
倍層13と中性子増倍中間層16を接して配置しないで、そ
の中間にトリチウム増殖中間層15を設置したのは、つぎ
のような理由によるものである。中性子増倍中間層16を
構成しているペリリウムで（n,2n）反応により発生した
中性子、及び散乱された中性子のうち、後方（中性子増
倍中間層13の方向）に向う中性子の割合が大きく、か
つ、ペリリウムが軽核種であるため大きく減速される。
そのため、中性子増倍層13へ向う中性子のエネルギー分
布は、鉛の吸収領域に入るので、二重に増倍反応を受け
ても鉛に吸収されて中性子の数が増加しない。そこで本
発明では、トリチウム増殖中間層15を設置し、中性子増
倍層13の方向へ向う中性子を鉛に吸収される前に、Li2O
と反応させトリチウムを生成させ中性子の有効利用を図
つている。ちなみに、トリチウム増殖中間層15を設置し
なかつた場合のトリチウム増殖比を第６図に示す。該図
は、横軸に中性子増倍中間層としてのペリリウムの厚さ
を採つたものである。この場合には、トリチウム増殖比
は最大でも1.25を少し越えるだけで、むしろ、中性子増
倍中間層を設置しない方がよいということが第６図から
解る。
つぎに、本発明の核融合装置のブランケツトによれば、
トリチウム増殖比を損なわないブランケツト厚さを薄く
できるのはつぎのような理由によるものである。上述し
たように、トリチウム増殖中間層15では、中性子増倍層
13で増倍された中性子と、中性子増倍中間層16で増倍ま
たは散乱されてトリチウム増殖中間層15の方へ反射され
た中性子により中性子束が高くなる。しかも、ペリリウ
ムにより増倍、または散乱された中性子は、6Li（n,
α）Ｔ反応断面積の大きい低エネルギー領域まで減速さ
れる。これらの２つの理由により、トリチウム増殖中間
層15でのトリチウム生成反応率が大きくなり、該層にお
いては全トリチウム増殖比への2/3の寄与を有する。横
軸にブランケツト厚さを採り、縦軸にトリチウム増殖比
を採り、本発明の実施例のブランケツトと、従来のブラ
ンケツト及びトリチウム増殖中間層なしに二重中性子増
倍層付きブランケツトについて示すと第７図のようにな
る。該図より明らかな如く、トリチウム増殖比1.3を得
るには、従来の核融合装置のブランケツトＸでは、その
厚さが46.2cm必要であり、これと同じトリチウム増殖比
1.3を得るには、本発明のブランケツトＹでは25cmの厚
さでよく、約21cm薄くすることができる。
トリチウム増殖比を損なわないブランケツト厚さを薄く
できるのはつぎのような理由によるものである。上述し
たように、トリチウム増殖中間層15では、中性子増倍層
13で増倍された中性子と、中性子増倍中間層16で増倍ま
たは散乱されてトリチウム増殖中間層15の方へ反射され
た中性子により中性子束が高くなる。しかも、ペリリウ
ムにより増倍、または散乱された中性子は、6Li（n,
α）Ｔ反応断面積の大きい低エネルギー領域まで減速さ
れる。これらの２つの理由により、トリチウム増殖中間
層15でのトリチウム生成反応率が大きくなり、該層にお
いては全トリチウム増殖比への2/3の寄与を有する。横
軸にブランケツト厚さを採り、縦軸にトリチウム増殖比
を採り、本発明の実施例のブランケツトと、従来のブラ
ンケツト及びトリチウム増殖中間層なしに二重中性子増
倍層付きブランケツトについて示すと第７図のようにな
る。該図より明らかな如く、トリチウム増殖比1.3を得
るには、従来の核融合装置のブランケツトＸでは、その
厚さが46.2cm必要であり、これと同じトリチウム増殖比
1.3を得るには、本発明のブランケツトＹでは25cmの厚
さでよく、約21cm薄くすることができる。
このように、本実施例の構成とすることにより、トリチ
ウム増殖比が高く、かつ、トリチウム増殖比を損なわな
いのでブランケツト厚さを薄くでき、よつて、装置全体
が小型化なる効果がある。
ウム増殖比が高く、かつ、トリチウム増殖比を損なわな
いのでブランケツト厚さを薄くでき、よつて、装置全体
が小型化なる効果がある。
尚、上述した実施例では、中性子増倍中間層の厚さが15
cmの場合であり、この程度の厚みでは上記実施例の構成
でよいが、中性子増倍中間層の厚さが、該中性子増倍中
間層中の中性子の平均自由行路の数分の１の場合には、
更に、トリチウム増殖中間層と中性子増倍中間層の組み
を複数個設置することにより、上述した実施例と同様な
効果が得られる。
cmの場合であり、この程度の厚みでは上記実施例の構成
でよいが、中性子増倍中間層の厚さが、該中性子増倍中
間層中の中性子の平均自由行路の数分の１の場合には、
更に、トリチウム増殖中間層と中性子増倍中間層の組み
を複数個設置することにより、上述した実施例と同様な
効果が得られる。
以上説明したように本発明によればトリチウム増殖比が
充分高く、消費されたトリチウムの量が生産でき、か
つ、トリチウム増殖比を損なわないで厚さを薄くできる
核融合装置のブランケツトを提供できる。
充分高く、消費されたトリチウムの量が生産でき、か
つ、トリチウム増殖比を損なわないで厚さを薄くできる
核融合装置のブランケツトを提供できる。
第１図はトカマク型核融合装置の一般的な構造を示す断
面図、第２図は従来の核融合装置のブランケツトを一部
破断して示す斜視図、第３図は従来の核融合装置のブラ
ンケツトにおいて中性子増倍層（鉛またはペリリウム）
厚さとトリチウム増殖比の関係を示す特性図、第４図は
本発明の核融合装置のブランケツトの一実施例を一部破
断して示す斜視図、第５図は本発明の核融合装置のブラ
ンケツトにおいて中性子増倍中間層（ペリリウム）の厚
さとトリチウム増殖比の関係を示す特性図、第６図は中
性子増倍層と中性子増倍中間層の間にトリチウム増殖中
間層がない場合の中性子増倍中間層（ペリリウム）の厚
さとトリウム増殖比の関係を示す特性図、第７図は従来
の核融合装置のブランケツトと本発明の核融合装置のブ
ランケツト、及びトリチウム増殖中間層のない二重中性
子増倍層付きブランケツトについてブランケツト厚さと
トリチウム増殖比の関係の比較を示す図性図である。 １……プラズマ、２……第一壁、３……ブランケツト、
４……ダイバータ、５……遮蔽体、６……トロイダルコ
イル、７……ポロイダルコイル、９……シエルコイル、
10……ブランケツト容器、11……トリチウム増殖材、12
……ブランケツト冷却材、13……中性子増倍層、15……
トリチウム増殖中間層、16……中性子増倍中間層。
面図、第２図は従来の核融合装置のブランケツトを一部
破断して示す斜視図、第３図は従来の核融合装置のブラ
ンケツトにおいて中性子増倍層（鉛またはペリリウム）
厚さとトリチウム増殖比の関係を示す特性図、第４図は
本発明の核融合装置のブランケツトの一実施例を一部破
断して示す斜視図、第５図は本発明の核融合装置のブラ
ンケツトにおいて中性子増倍中間層（ペリリウム）の厚
さとトリチウム増殖比の関係を示す特性図、第６図は中
性子増倍層と中性子増倍中間層の間にトリチウム増殖中
間層がない場合の中性子増倍中間層（ペリリウム）の厚
さとトリウム増殖比の関係を示す特性図、第７図は従来
の核融合装置のブランケツトと本発明の核融合装置のブ
ランケツト、及びトリチウム増殖中間層のない二重中性
子増倍層付きブランケツトについてブランケツト厚さと
トリチウム増殖比の関係の比較を示す図性図である。 １……プラズマ、２……第一壁、３……ブランケツト、
４……ダイバータ、５……遮蔽体、６……トロイダルコ
イル、７……ポロイダルコイル、９……シエルコイル、
10……ブランケツト容器、11……トリチウム増殖材、12
……ブランケツト冷却材、13……中性子増倍層、15……
トリチウム増殖中間層、16……中性子増倍中間層。
Claims (1)
- 【請求項１】トロイダルコイルとポロイダルコイルによ
って発生する磁場により閉じ込められるプラズマを取り
囲むように配置され、該プラズマに近接した領域に位置
し、該プラズマから核融合反応で発生した中性子を増倍
する中性子増倍効果の大きい材料からなる中性子増倍層
と、該中性子増倍層の反プラズマ側に位置し、リチウ
ム、又はリチウム化合物から成り、前記プラズマから核
融合反応発生した中性子を前記中性子増倍層を介してリ
チウムと反応させることによってトリチウムを生産する
と共に、このトリチウム生成反応で発生した熱を外部に
取り出す冷却材を内部に備えているトリチウム増殖材
と、該トリチウム増殖材と中性子増倍層を収納する容器
とから構成される核融合装置のブランケツトにおいて、 前記トリチウム増殖材と中性子増倍層との間に、トリチ
ウム増殖中間層と中性子増倍中間層を配置し、該トリチ
ウム増殖中間層が前記中性子増倍層側に、該中性子増倍
中間層が前記トリチウム増殖材側にそれぞれ位置するよ
うに介在させ、 前記トリチウム増殖中間層を前記トリチウム増殖層より
薄く形成させると共に、前記中性子増倍中間層を前記中
性子増倍層よりも厚く形成させるようにしたことを特徴
とする核融合装層のブランケツト。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59224019A JPH0750178B2 (ja) | 1984-10-26 | 1984-10-26 | 核融合装置のブランケツト |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59224019A JPH0750178B2 (ja) | 1984-10-26 | 1984-10-26 | 核融合装置のブランケツト |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61104293A JPS61104293A (ja) | 1986-05-22 |
| JPH0750178B2 true JPH0750178B2 (ja) | 1995-05-31 |
Family
ID=16807308
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59224019A Expired - Lifetime JPH0750178B2 (ja) | 1984-10-26 | 1984-10-26 | 核融合装置のブランケツト |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0750178B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB202018198D0 (en) * | 2020-11-19 | 2021-01-06 | Tokamak Energy Ltd | Breeder blanket |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2547099B1 (fr) * | 1983-06-03 | 1985-07-05 | Framatome Sa | Dispositif de couverture de reacteur a fusion nucleaire utilisant la reaction deuterium, tritium, a materiau tritigene |
-
1984
- 1984-10-26 JP JP59224019A patent/JPH0750178B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61104293A (ja) | 1986-05-22 |
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