JPH0812258B2 - 核融合炉の真空容器内に設置される容器の構造 - Google Patents

核融合炉の真空容器内に設置される容器の構造

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JPH0812258B2
JPH0812258B2 JP2305947A JP30594790A JPH0812258B2 JP H0812258 B2 JPH0812258 B2 JP H0812258B2 JP 2305947 A JP2305947 A JP 2305947A JP 30594790 A JP30594790 A JP 30594790A JP H0812258 B2 JPH0812258 B2 JP H0812258B2
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武司 小林
順三 藤岡
敏 西尾
慶直 大川
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本願発明は、核融合炉の真空容器内に設置されるブラ
ンケットあるいは遮蔽体等のプラズマに近接して設置さ
れる金属製容器に係り、プラズマが瞬時破壊する時(プ
ラズマディスラプション時)に発生する強大な電磁力に
よって前記金属製容器が破壊されるのを防止する構造に
関するものである。
[従来の技術] 核融合炉の真空容器内でプラズマに近接して設置され
るブランケットあるいは遮蔽体等の金属製容器には、特
に下記の条件を満足するものであることが要求される。
すなわち、 設置される各金属製容器の周辺の空間が狭隘であ
り、外部から別の部材によって強固に補強することがで
きないため、それ自体十分な強度を有する部材によって
構成する必要があること。
各金属製容器はいずれも真空境界を形成するために
真空気密性を有するものであること。
各金属製容器内には高圧の流体が流れているため
に、内圧に対する耐圧性を有するものであること。
炉内から中性子照射を受けるめに耐放射線性を有す
るものであること。
大きい自重を有する複数の容器を正確に組み立て、
しかも安定性の高い炉心部を構成させるために、各容器
は十分な機械的強度を有するものであること。
高い精度を要求される炉心構造物を経済的に製作す
るために、出来るだけ製作性の良いものであること。
等である。
上記条件を満足させるものとして、従来は殆どの場
合、ステンレス鋼等の金属のみからなる容器の構造が採
用されてきた。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら上記従来の技術における全金属製の容器
においては、トカマク型等の強力な磁場によってプラズ
マを閉じ込める形式の核融合炉に使用した場合に下記の
ような不具合を有するものであった。すなわち、プラズ
マが瞬時に消滅する現象(プラズマディスラプション)
が起きた際にプラズマ中の電流の減衰に伴って第4図に
示すように周囲の金属製容器8等の導電製構造物に誘起
渦電流3が生じ、磁場との相互作用によって強大な電磁
力が発生するが、周囲に配設されている金属製容器8が
上記の全金属製であった場合、発生する電磁力が約20MN
(20,000トン)にも達するため、該金属製容器が破壊さ
れる虞れがあった。
これを防止するための手段の一つとして金属製容器の
一部に、薄肉部や電気絶縁性セラミクス等の高電気抵抗
部を設けて渦電流の回路を切り、電磁力を低減すること
が考えられるが、金属製容器の一部に薄肉部を設けた場
合には金属製容器の内圧に耐えられず、セラミクスは金
属部との接着が技術的に困難であるため真空境界を形成
する容器としては信頼性が十分でなく、また高電気抵抗
物としてゴム等の有機物の使用は放射線環境下であるた
めに実施し得ない。
このため、従来は容器を小型化するか、多数の補強構
造を設置して、電磁力に耐える構造をとっていた。これ
により電磁力に耐える容器を提供することはできたが、
構造材が多くなるため、十分な燃料(トリチウム)生産
ができないこと、あるいは製作が複雑になる等の不具合
を有していた。
本願発明はこのような不具合を解消し、簡潔な構成に
よって容器に作用する電磁力を低減しつつ該容器の内圧
に耐え、真空境界を形成し得る容器の構造を提供するこ
とを目的としている。
[課題を解決するための手段] 上記の目的は、前記特許請求の範囲に記載された核融
合炉の真空容器内に設置される容器の構造によって達成
される。すなわち、 (1)磁場閉じ込め型核融合炉の真空容器内のプラズマ
に近接して設置される金属製容器において、中央部を電
気絶縁性セラミクス、全外周部を金属、中間部を成分傾
斜した傾斜機能材料によって電気絶縁性傾斜機能部材を
構成し、上記電気絶縁性傾斜機能部材を構成する各材料
の端面が両面に露出するようにして長方形の板状に形成
し、電気絶縁性傾斜機能部材は、配設する位置の金属製
容器の板厚と同じ厚さに形成し、上記電気絶縁性傾斜機
能部材を、プラズマが瞬時破壊する時に誘起される渦電
流の向きと直交する方向の長さが、渦電流の向きと平行
な方向の長さよりも長くなる形状を呈するようにして配
設し、電気絶縁性傾斜機能部材を構成する各部材の端面
が金属製容器の内外両面と同一平面上に露出するように
して埋設し、電気絶縁性傾斜機能部材はプラズマに直接
面しない側の容器壁に配設し、電気絶縁性傾斜機能部材
の全外周部と金属製容器壁とを冶金的に接合する核融合
炉の真空容器内に設置される容器の構造。
(2)板状の電気絶縁性傾斜機能部材を、長手方向に少
なくとも2個以上に分割し、プラズマが瞬時破壊する時
に誘起される渦電流の向きと直交し容器の壁面に平行な
方向に長くなるように配設する(1)記載の核融合炉の
真空容器内に設置される容器の構造。
(3)板状の電気絶縁性傾斜機能部材を配設する際に、
プラズマが瞬時破壊する時に誘起される渦電流の向きに
金属を連続させない間隔を保持させて千鳥状に配設する
(2)記載の核融合炉の真空容器内に設置される容器の
構造。
である。
以下、本発明の作用等について実施例に基づいて説明
する。
[実施例] 第1〜3図は本願発明に基づく実施例を示す図で、第
1図は前記特許請求の範囲の請求項(1)に記載の金属
製容器に誘起渦電流を遮断する向きに連続した板状の電
気絶縁性傾斜機能部材(以下、単に傾斜機能部材という
こともある。)を埋設した場合の斜視図、第2図は前記
特許請求の範囲の請求項(2)および請求項(3)に記
載の金属製容器に誘起渦電流を遮断する向きに断続した
板状の傾斜機能部材を複数列埋設した場合の斜視図、第
3図は第2図における傾斜機能部材と金属製容器との接
合部付近の部分拡大図で、斜線あるいはその他の紋様を
付して各部の材質を明確に区別し得るようにしたもので
ある。
第4図は傾斜機能部材を埋設しない金属製容器の場合
に、ブランケットあるいは遮蔽体等の金属製容器に誘起
される渦電流のモードを示す図である。
第1〜4図において、1はブランケットあるいは遮蔽
体等の金属製容器、2は傾斜機能部材、3は誘起渦電流
である。4〜6は傾斜機能部材料2を構成する部材を示
し、4は電気絶縁性を有するセラミクス部、5は成分を
連続的あるいは段階的に傾斜させた傾斜部、6は金属部
である。7は傾斜機能部材2とブランケットあるいは遮
蔽体等の圧力容器との溶接部、11はプラズマである。
第4図に示すような金属製容器1の周囲を回る誘起渦
電流3のモードが支配的な状態時において、プラズマに
直接面しない側の金属製容器1の位置に、誘起渦電流3
を遮断する向きに傾斜機能部材2を第1図に示すように
連続的に、あるいは第2図に示すように渦電流の向きに
金属を連続させない間隔を保持させて断続的に埋設す
る。
該傾斜機能部材2は第3図に示すごとく、先ず中央部
にAl2O3,、Si3N4、AlN等の電気絶縁性を有するセラミク
ス部4を配し、外周部にステンレス鋼あるいはアルミニ
ウム合金等の溶接可能な金属部6を配し、上記両部材の
中間部に成分を連続的あるいは段階的に傾斜させた傾斜
部5を挟着したもので、各部材の材質、板厚、機能等に
よって溶射法、焼結法、物理・化学蒸着法あるいは自己
発熱反応法等を適宜選択して製作される。
製作された傾斜機能部材2は板状で外周部が金属であ
るため、ブランケットあるいは遮蔽体等の金属製容器1
に溶接付け、固装接合あるいはろう付け等の冶金的方法
によって接合し、容器を形成させることができる。
第1〜2図に示すように、金属製容器1の周囲を回る
渦電流のモードが支配的な場合には渦電流の流れを遮断
するような方向(第1〜2図においては図面の縦方向)
に傾斜機能部材2を溶接等によって冶金的に埋設するこ
とにより、電流の回路が遮断され、誘起される渦電流は
数分の1〜数十分の1に低減される。
発生する電磁力は磁場の大きさと電流の大きさに比例
するため、磁場の大きさが一定で、誘起される電流の大
きさが低減される場合には、発生する電磁力も数分の1
〜数十分の1に減少し、これによって金属製容器1の健
全性が確保されることになる。
傾斜機能部材2の傾斜部5は電気絶縁性と共に熱膨張
率も連続的あるいは段階的に変化していることにより、
運転時および製造時の溶接等に伴って温度分布が生じた
場合にも金属製容器1に発生する熱応力が緩和され、割
れ等の発生を防止して金属製容器1等の健全性が確保さ
れる。
本願発明に基づく傾斜機能部材2の外周部は第3図に
示すようにステンレス鋼あるいはアルミニウム合金等の
金属によって構成されることにより、傾斜機能部材2と
金属製容器1との接合を溶接あるいはろう付け等の冶金
的方法によって行うことが可能であり、それによって十
分な強度を有する接合部が得られることから、従来行わ
れていたような電気絶縁性を有するセラミクス単体を機
械的に保持する構造において可能性のあった瞬時破壊等
の発生を回避し、金属製容器1を真空境界あるいは圧力
境界として的確に機能させ得る。
また、傾斜機能部材2が工場内で厳重な品質管理の下
で製作され、該傾斜機能部材2と金属製容器1との接合
が容易かつ的確に行われることにより、金属製容器1の
寸法が大きい場合、あるいは構造上一体型に製作するこ
とが困難な場合においても、第2図に示すように傾斜機
能部材2を分割して冶金的に埋設することにより、一体
構造物と同様の作用を行わしめることが可能になる。
第1表は、本願発明に基づいて核融合炉に設置される
ブランケットあるいは遮蔽体等の金属製容器に適用する
傾斜機能部材として、適性を有する電気絶縁性セラミク
スの候補の種類と特性を示す表である。
[発明の効果] このように、本願発明によれば上記実施例において説
明したように、磁場閉じ込め型核融合炉の真空容器内に
おいて、プラズマディスラプション時に発生する電磁力
を大幅に低減して破壊を避け、容器を必要以上に小型化
することなく電気絶縁性能を確保し、信頼性の高い真空
・圧力境界を構成するブランケットあるいは遮蔽体等の
金属製容器を提供することが可能になるという効果を奏
する。
【図面の簡単な説明】
第1〜3図は本願発明に基づく実施例を示す図で、第1
図は金属製容器に誘起渦電流を遮断する向きに連続した
傾斜機能部材を埋設した場合の斜視図、第2図は金属製
容器に誘起渦電流を遮断する向きに断続した傾斜機能部
材を複数列埋設した場合の斜視図、第3図は第2図にお
ける傾斜機能部材と金属製容器との接合部付近の部分拡
大図で、斜線あるいはその他の紋様を付して各部の材質
を区別し得るようにしたものである。 第4図は傾斜機能部材を埋設しない場合に、金属製容器
に誘起される渦電流のモードを示す図である。 1……金属製容器、2……傾斜機能部材、3……誘起渦
電流、4……セラミクス部、5……傾斜部、6……金属
部、7……溶接部、11……プラズマ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤岡 順三 兵庫県明石市川崎町1番1号 川崎重工業 株式会社技術研究所内 (72)発明者 西尾 敏 茨城県那珂郡那珂町向山字中原801番地の 1 日本原子力研究所那珂研究所内 (72)発明者 大川 慶直 茨城県那珂郡那珂町向山字中原801番地の 1 日本原子力研究所那珂研究所内 (72)発明者 佐藤 瓊介 茨城県那珂郡那珂町向山字中原801番地の 1 日本原子力研究所那珂研究所内 (56)参考文献 特開 平2−209689(JP,A) 特開 昭56−14184(JP,A) 特開 昭60−262089(JP,A) 特開 昭61−258189(JP,A)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】磁場閉じ込め型核融合炉の真空容器内のプ
    ラズマに近接して設置される金属製容器において、 中央部を電気絶縁性セラミクス、全外周部を金属、中間
    部を成分傾斜した傾斜機能材料によって電気絶縁性傾斜
    機能部材を構成し、 上記電気絶縁性傾斜機能部材を構成する各材料の端面が
    両面に露出するようにして長方形の板状に形成し、 電気絶縁性傾斜機能部材は、配設する位置の金属製容器
    の板厚の同じ厚さに形成し、 上記電気絶縁性傾斜機能部材を、プラズマが瞬時破壊す
    る時に誘起される渦電流の向きと直交する方向の長さ
    が、渦電流の向きと平行な方向の長さよりも長くなる形
    状を呈するようにして配設し、 電気絶縁性傾斜機能部材を構成する各部材の端面が金属
    製容器の内外両面と同一平面上に露出するようにして埋
    設し、 電気絶縁性傾斜機能部材はプラズマに直接面しない側の
    容器壁に配設し、電気絶縁性傾斜機能部材の全外周部と
    金属製容器壁とを冶金的に接合することを特徴とする核
    融合炉の真空容器内に設置される容器の構造。
  2. 【請求項2】板状の電気絶縁性傾斜機能部材を、 長手方向に少なくとも2個以上に分割し、 プラズマが瞬時破壊する時に誘起される渦電流の向きと
    直交し容器の壁面に平行な方向に長くなるように配設す
    る ことを特徴とする請求項(1)記載の核融合炉の真空容
    器内に設置される容器の構造。
  3. 【請求項3】板状の電気絶縁性傾斜機能部材を配設する
    際に、 プラズマが瞬時破壊する時に誘起される渦電流の向きに
    金属を連続させない間隔を保持させて千鳥状に配設する ことを特徴とする請求項(2)記載の核融合炉の真空容
    器内に設置される容器の構造。
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JPS60262089A (ja) * 1984-06-11 1985-12-25 三菱電機株式会社 核融合装置のトロイダルコイル
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JPH02209689A (ja) * 1989-02-06 1990-08-21 Hitachi Ltd 高温用絶縁配管

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