JPH1114777A - Heat shield device for nuclear fusion experimental reactor - Google Patents
Heat shield device for nuclear fusion experimental reactorInfo
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- JPH1114777A JPH1114777A JP9162285A JP16228597A JPH1114777A JP H1114777 A JPH1114777 A JP H1114777A JP 9162285 A JP9162285 A JP 9162285A JP 16228597 A JP16228597 A JP 16228597A JP H1114777 A JPH1114777 A JP H1114777A
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- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、核融合実験炉用の
熱シールド装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat shield device for a nuclear fusion experimental reactor.
【０００２】[0002]
【従来の技術】人類の恒久的エネルギー源を確保するた
めに、核融合発電炉の実用化が目指されており、その実
証のためにトカマク型の核融合実験炉の開発が、日本、
米国、欧州連合（ＥＵ）及びロシアの国際協力により計
画されている。図６は、熱核融合実験炉の炉心の概念
図、図７とその部分断面図である。この実験炉は、臨界
プラズマ条件の確立、自己着火条件の実現等を目標とし
ている。なお、トカマクとは、プラズマ閉じ込め用磁場
形式の１つであり、図８に示すように、コイル（電磁
石）を円形に並べて、その内部にドーナツ形をした磁場
を作り、プラズマに電流を流すことにより閉じ込めとプ
ラズマの加熱を同時に行う特徴があり、現在最も進んだ
プラズマ閉じ込め方式と考えられている。2. Description of the Related Art In order to secure a permanent energy source for humankind, the practical application of a fusion power reactor is aimed at, and for the demonstration, the development of a tokamak-type fusion experimental reactor has been developed in Japan and Japan.
It is planned with international cooperation between the United States, the European Union (EU) and Russia. FIG. 6 is a conceptual diagram of the core of the thermonuclear experimental reactor, FIG. 7 and a partial sectional view thereof. The aim of this experimental reactor is to establish critical plasma conditions and realize auto-ignition conditions. The tokamak is a type of magnetic field for confining plasma. As shown in FIG. 8, coils (electromagnets) are arranged in a circle, a donut-shaped magnetic field is formed inside the coil, and a current is applied to the plasma. Is characterized by simultaneously performing confinement and plasma heating, and is considered to be the most advanced plasma confinement method at present.
【０００３】上述した核融合実験炉は、断熱真空容器
（クライオスタットと呼ぶ）内に格納されて運転する。
また、図６，７に示すように、プラズマ閉じ込め用に超
伝導コイルが用いられるため、クライオスタットから超
伝導コイルへの輻射伝熱を大幅に低減する必要がある。
そのため、図９に示すような熱シールドが従来から用い
られている。[0003] The above-mentioned fusion experimental reactor is operated while housed in an adiabatic vacuum vessel (called a cryostat).
In addition, as shown in FIGS. 6 and 7, since a superconducting coil is used for confining plasma, it is necessary to greatly reduce radiant heat transfer from the cryostat to the superconducting coil.
Therefore, a heat shield as shown in FIG. 9 has been conventionally used.
【０００４】図９において、（Ａ）は熱シールドがない
場合、（Ｂ）は熱シールドがある場合を模式的に示して
いる。一例では、クライオスタット１、超伝導コイル２
及び熱シールド３の温度をそれぞれ、３００Ｋ（約２７
℃）、４．２Ｋ（液体ヘリウムの沸点）、８０Ｋとする
と、熱シールドがない場合（Ａ）の超伝導コイル２への
輻射伝熱量は、概算で約５０Ｗ／ｍ2 であり、熱シール
ドがある場合（Ｂ）には、概算で約０．２５Ｗ／ｍ2 で
ある。すなわち、熱シールドを用いることにより、超伝
導コイル２への輻射による入熱を約２００分の１に低減
することができる。In FIG. 9, (A) schematically shows a case without a heat shield, and (B) schematically shows a case with a heat shield. In one example, a cryostat 1 and a superconducting coil 2
And the temperature of the heat shield 3 are each 300 K (about 27 K).
° C), 4.2K (boiling point of liquid helium), and 80K, the heat transfer to the superconducting coil 2 in the absence of the heat shield (A) is approximately 50 W / m 2 when the heat shield is not used. In one case (B), it is approximately 0.25 W / m 2 . That is, by using the heat shield, heat input due to radiation to the superconducting coil 2 can be reduced to about 1/200.
【０００５】図１０は、真空中での熱シールドとして一
般的に用いられている真空多層断熱の構造図である。こ
の図に示すように、真空多層断熱構造４は、放射シール
ド材５と、層間接触を妨げるスペーサ６とで構成され
る。放射シールド材５には、アルミ蒸着さたポリエステ
ルフィルムやアルミ箔が用いられ、スペーサ６には、熱
伝導の悪いナイロンネット、ガラス繊維布、紙などが用
いられる。FIG. 10 is a structural diagram of vacuum multi-layer heat insulation generally used as a heat shield in a vacuum. As shown in this figure, the vacuum multilayer insulation structure 4 is composed of a radiation shielding material 5 and a spacer 6 that prevents interlayer contact. A polyester film or aluminum foil on which aluminum is deposited is used for the radiation shielding material 5, and a nylon net, glass fiber cloth, paper, or the like having poor heat conductivity is used for the spacer 6.
【０００６】すなわち、従来のクライオスタットの熱シ
ールドとしては８０Ｋ程度に強制冷却された金属板と、
その高温面に両面をアルミ蒸着したポリステルフィルム
を、ナイロンやポリステルのネット或いはガラス繊維の
紙などのスペースと交互に多層積層して、多層断熱材を
設置するタイプが一般的であった。That is, as a conventional heat shield of a cryostat, a metal plate forcibly cooled to about 80K is used.
In general, a polyester film in which both surfaces are aluminum-deposited on the high-temperature surface is alternately laminated with a space such as a nylon or polyester net or a glass fiber paper to provide a multilayer heat insulating material.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】上述した核融合実験炉
においては、中性子やγ線等の強い放射線環境下に熱
シールドが設置されるため、熱シールドを構成するポリ
エステル等の有機材料が短期間に劣化する問題点があ
る。また、熱シールドの性能が放射シールド材の施工
の良否（すなわち熟練度）に大きく左右され、安定した
性能が得にくい問題点がある。更に従来の熱シールドで
は、シールド板に蒸着フィルムとスペーサを一体で巻
きつけていくという施工法が多く用いられるため、核融
合実験炉の運転開始後には、例えば部分的な交換等が必
要になっても、内部が高放射線環境となっているため遠
隔からのメンテナンスが全くできない問題点がある。In the above-mentioned fusion experimental reactor, the heat shield is installed in a strong radiation environment such as neutrons and γ-rays. There is a problem of deterioration. In addition, there is a problem that the performance of the heat shield is greatly influenced by the quality of the construction of the radiation shield material (that is, the skill level), and it is difficult to obtain a stable performance. Furthermore, conventional heat shields often use a construction method in which a vapor-deposited film and a spacer are integrally wound around a shield plate, so that after the nuclear fusion experimental reactor starts operating, for example, it is necessary to partially replace it. However, there is a problem that remote maintenance cannot be performed at all because the inside has a high radiation environment.
【０００８】言い換えれば、核融合実験炉のクライオス
タット内に設置する熱シールドは、従来の熱シールドに
比べてはるかに大型（直径約３０ｍ）であるため、高
放射線環境に耐える耐放射線性能、安定した性能が長
期にわたり得られる信頼性、運転開始後のメンテナン
スが可能な遠隔保守性、等が要望されていた。更に、か
かる熱シールドは、運転時には極低温（例えば８０Ｋ）
に保持されるが、組立時や停止時には、常温（約３００
Ｋ）となり、運転時の熱収縮により部材間に隙間等が生
じて断熱性能が低下しやすく、逆に熱収縮を防止すると
過大な内部応力が発生しやすい問題点がある。In other words, the heat shield installed in the cryostat of the nuclear fusion experimental reactor is much larger (about 30 m in diameter) than the conventional heat shield, so that it has a radiation resistant performance that can withstand a high radiation environment and has a stable performance. There has been a demand for reliability in which performance can be obtained for a long period of time, remote maintainability that enables maintenance after the start of operation, and the like. In addition, such heat shields are extremely cold (eg, 80K) during operation.
At the time of assembling or stopping, at room temperature (about 300
K), there is a problem that heat shrinkage during operation causes a gap or the like to be generated between the members and the heat insulation performance is apt to be reduced. Conversely, if heat shrinkage is prevented, excessive internal stress tends to be generated.
【０００９】本発明は上述した問題点を解決するために
創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、高
放射線環境に耐える高い耐放射線性能を有し、熱収縮に
より過大な内部応力を発生させることなく、安定した高
い断熱性能を長期間にわたって保持でき、かつ運転開始
後に部分的な交換等のメンテナンスができる核融合実験
炉用熱シールド装置を提供することにある。The present invention has been made to solve the above problems. That is, an object of the present invention is to have a high radiation resistance that withstands a high radiation environment, without generating excessive internal stress due to heat shrinkage, to maintain a stable high heat insulation performance for a long period of time, and after starting operation. An object of the present invention is to provide a heat shield device for a nuclear fusion experimental reactor that can perform maintenance such as partial replacement.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、核融合
実験炉のクライオスタット内に設けられる熱シールド装
置であって、クライオスタット内面に互いに所定の隙間
を隔てて着脱自在に取付けられる複数の熱シールドユニ
ットと、熱シールドユニットの周辺に着脱自在に取付け
られ隣接する熱シールドユニット間の前記隙間を覆うカ
バー板と、熱シールドユニットを所定の温度に冷却する
冷却装置とからなり、該冷却装置は、熱シールドユニッ
トに取付けられ冷媒が流れる冷却管と、該冷却管を隣接
する熱シールドユニットの冷却管と連結する着脱自在な
接続連結具とを有し、更に前記熱シールドユニット、カ
バー板及び冷却装置は、それぞれ熱収縮可能に構成され
ている、ことを特徴とする核融合実験炉用熱シールド装
置が提供される。According to the present invention, there is provided a heat shield device provided in a cryostat of a nuclear fusion experimental reactor, wherein a plurality of heat shield devices are detachably mounted on a cryostat inner surface with a predetermined gap therebetween. A shield unit, a cover plate detachably attached to the periphery of the heat shield unit and covering the gap between adjacent heat shield units, and a cooling device for cooling the heat shield unit to a predetermined temperature, the cooling device comprising: A cooling pipe attached to the heat shield unit, through which a refrigerant flows, and a detachable connection connector for connecting the cooling pipe to a cooling pipe of an adjacent heat shield unit, and further comprising the heat shield unit, the cover plate and the cooling pipe. A heat shield device for a nuclear fusion experimental reactor is provided, wherein each device is configured to be heat-shrinkable.
【００１１】上記本発明の構成によれば、熱シールド装
置が、熱シールドユニット、カバー板及び冷却装置から
なり、熱シールドユニットはクライオスタット内面に、
カバー板は熱シールド板の周辺に、それぞれ着脱自在に
取付けられており、冷却装置の接続連結具も着脱自在で
あるので、まず冷却管の接続連結具を分離させ、カバー
板を外することにより、個々の熱シールドユニットを取
り外すことができる。従って、これらの着脱を遠隔操作
できるようにしておくことで、運転開始後に部分的な交
換等のメンテナンスを遠隔操作により行うことができ
る。言い換えれば、熱シールド装置を、例えば１ｍ×４
ｍの熱シールドユニットを最小単位とし、このユニット
毎に多層断熱材を施工しかつクライオスタットからのサ
ポートもこのユニット毎にすることにより、遠隔による
脱着が容易となる。According to the configuration of the present invention, the heat shield device comprises the heat shield unit, the cover plate and the cooling device, and the heat shield unit is provided on the inner surface of the cryostat.
The cover plate is attached detachably around the heat shield plate, and the connection connector of the cooling device is also detachable, so first disconnect the connection connector of the cooling pipe and remove the cover plate. The individual heat shield units can be removed. Therefore, by making these attachments and detachments remote-controllable, maintenance such as partial replacement can be performed by remote control after the start of operation. In other words, the heat shield device is, for example, 1m × 4
By making the heat shield unit of m as a minimum unit, applying a multilayer heat insulating material for each unit, and also supporting each unit from the cryostat, remote attachment / detachment becomes easy.
【００１２】また、熱シールド装置を構成する熱シール
ドユニット、カバー板及び冷却装置がそれぞれ熱収縮可
能に構成されているので、熱収縮により過大な内部応力
を発生させるおそれがない。Further, since the heat shield unit, the cover plate, and the cooling device constituting the heat shield device are each configured to be heat-shrinkable, there is no possibility of generating excessive internal stress due to the heat shrinkage.
【００１３】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
熱シールドユニットは、超伝導コイル側に位置し前記冷
却管が直接取付られる熱シールド板と、クライオスタッ
ト側に位置する多層反射板とからなり、該多層反射板
は、間隔を隔てて位置する複数の反射板と、該反射板の
間隔を保持する複数のサポート具とからなる。また、前
記反射板は、両面にアルミ蒸着したステンレス薄板であ
る。更に、前記サポート具は、クライオスタット側端部
に位置する端面反射板の中央部と熱シールド板の中央部
とをそれぞれ熱収縮可能に連結する単一の中央連結具
と、そのまわりに所定の間隔を隔てて複数設置され端面
反射板と熱シールド板の間に位置する複数の中間反射板
の間隔を保持する保持連結具とからなる。According to a preferred embodiment of the present invention, the heat shield unit comprises a heat shield plate located on the superconducting coil side, to which the cooling pipe is directly attached, and a multilayer reflector located on the cryostat side, The multilayer reflector is composed of a plurality of reflectors positioned at intervals and a plurality of support members for maintaining the intervals between the reflectors. Further, the reflection plate is a stainless steel thin plate with aluminum deposited on both sides. Further, the support device has a single central connecting device for heat shrinkably connecting a central portion of the end face reflector located at the cryostat side end portion and a central portion of the heat shield plate, and a predetermined distance around the central connecting device. And a holding connector for maintaining a space between the plurality of intermediate reflectors positioned between the end face reflector and the heat shield plate.
【００１４】この構成によれば、反射板に金属（ステン
レス薄板）を採用することで、放射線劣化の問題を解消
でき、高放射線環境に耐える高い耐放射線性能を得るこ
とができる。また、ステンレス薄板の輻射率を下げるた
めにその両面にアルミニウムをコーティングしたので、
高い断熱性能を発揮することができる。更に、多層反射
板を適当なピッチで設けるサポート（例えばチタン合金
製）により支持及び層間スペースの確保を行うことによ
り、スペーサを不要にし、これにより、高い耐放射線性
能を保持したまま、施工性（熟練度）に左右されない安
定した断熱性能を長期間にわたって保持できる。According to this configuration, by employing a metal (stainless steel plate) for the reflection plate, the problem of radiation deterioration can be solved, and high radiation resistance that can withstand a high radiation environment can be obtained. Also, since the stainless steel sheet is coated with aluminum on both sides to reduce the emissivity,
High heat insulation performance can be exhibited. Furthermore, the support (for example, made of titanium alloy) for providing a multilayer reflector at an appropriate pitch secures the support and secures an interlayer space, thereby eliminating the need for a spacer. (Skill level) and can maintain stable heat insulating performance for a long period of time.
【００１５】[0015]
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付して使用する。図１は、本
発明による熱シールド装置の構成図である。この図にお
いて、（Ａ）は、クライオスタット１の内面からみた熱
シールド装置、（Ｂ）はその側面図を示している。図１
において、本発明の核融合実験炉用熱シールド装置１０
は、クライオスタット１の内面に互いに所定の隙間を隔
てて着脱自在に取付けられる複数の熱シールドユニット
２０と、熱シールドユニット２０の周辺に着脱自在に取
付けられ隣接する熱シールドユニット間の隙間を覆うカ
バー板１２と、熱シールドユニット１２を所定の温度に
冷却する冷却装置１４とからなる。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the drawings, common parts are denoted by the same reference numerals. FIG. 1 is a configuration diagram of a heat shield device according to the present invention. In this figure, (A) shows the heat shield device viewed from the inner surface of the cryostat 1, and (B) shows its side view. FIG.
In the heat shield apparatus 10 for a nuclear fusion experimental reactor of the present invention,
A plurality of heat shield units 20 detachably attached to the inner surface of the cryostat 1 with a predetermined gap therebetween, and a cover detachably attached to the periphery of the heat shield unit 20 to cover a gap between adjacent heat shield units. It comprises a plate 12 and a cooling device 14 for cooling the heat shield unit 12 to a predetermined temperature.
【００１６】熱シールドユニット２０は、例えば幅約１
ｍ×高さ約４ｍを最少単位として構成され、複数の熱シ
ールドユニット２０を隣接してクライオスタット１の内
面に取り付けることにより、クライオスタット１の内面
全体を覆うようになっている。なお、熱シールドユニッ
ト２０の形状は矩形に限定されず、例えば台形、多角形
でも良く、クライオスタット１の内面を覆うために、自
由に変形させることができる。The heat shield unit 20 has a width of about 1
The minimum unit is mx 4 m, and a plurality of heat shield units 20 are attached to the inner surface of the cryostat 1 adjacent to each other so as to cover the entire inner surface of the cryostat 1. The shape of the heat shield unit 20 is not limited to a rectangle, and may be, for example, a trapezoid or a polygon. The heat shield unit 20 can be freely deformed to cover the inner surface of the cryostat 1.
【００１７】熱シールドユニット２０の取付けは通常常
温下で行われ、その際には、運転温度（約８０Ｋ）に比
べて、幅方向（周方向）で約３．５ｍｍ、高さ方向（軸
方向）で約１４ｍｍ熱膨張している。従って、組み立て
時（約３００Ｋ）に、図１（Ａ）に示すように互いに所
定の隙間を隔てて取付けると、運転時（約８０Ｋ）には
更にその隙間が大きくなる。カバー板１２は、この隙間
を覆い、この隙間を通しての熱輻射を低減するために取
付けられるもので、後述するように、隣接する熱シール
ドユニット２０の一方にのみ取付けられ、熱シールドユ
ニット２０の自由な熱収縮を阻害することなく、その隙
間の内側に位置して熱輻射を低減するようになってい
る。The mounting of the heat shield unit 20 is usually carried out at normal temperature. In this case, compared with the operating temperature (about 80 K), about 3.5 mm in the width direction (circumferential direction), and in the height direction (axial direction). ) Is about 14 mm in thermal expansion. Therefore, if the parts are attached with a predetermined gap therebetween as shown in FIG. 1A during assembly (about 300K), the gap becomes larger during operation (about 80K). The cover plate 12 covers the gap and is attached to reduce heat radiation through the gap. As will be described later, the cover plate 12 is attached to only one of the adjacent heat shield units 20 and allows the heat shield unit 20 to be free. The heat radiation is reduced by being located inside the gap without obstructing the thermal contraction.
【００１８】図１において、冷却装置１４は、熱シール
ドユニット２０に取付けられ、冷媒が流れる冷却管１５
と、冷却管１５を隣接する熱シールドユニットの冷却管
と連結する着脱自在な接続連結具１６とからなる。冷却
管１５は、熱シールドユニット２０の内面を構成する熱
シールド板２２に直接取付られている。この冷却管１５
を流れる冷媒には、例えば、超伝導コイル（図示せず）
を冷却して蒸発したヘリウムガス、或いは液体窒素等を
用いることができる。接続連結具１６は例えばベローズ
を備えたクイックジョントであり、遠隔からの着脱が可
能であり、かつ熱シールドユニット２０の熱収縮（又は
熱膨張）に追従して熱収縮できるようになっている。In FIG. 1, a cooling device 14 is attached to a heat shield unit 20 and has a cooling pipe 15 through which a refrigerant flows.
And a detachable connection connector 16 for connecting the cooling pipe 15 to a cooling pipe of an adjacent heat shield unit. The cooling pipe 15 is directly attached to a heat shield plate 22 that forms an inner surface of the heat shield unit 20. This cooling pipe 15
For example, a superconducting coil (not shown)
Helium gas or liquid nitrogen or the like which has been cooled and evaporated. The connection connector 16 is, for example, a quick joint having a bellows, can be remotely attached and detached, and can be thermally contracted following thermal contraction (or thermal expansion) of the heat shield unit 20.
【００１９】上述した構成により、まず冷却管１５の接
続連結具１６を分離させ、カバー板１２を外することに
より、個々の熱シールドユニット２０を取り外すことが
できる。従って、これらの着脱を遠隔操作できるように
しておくことで、運転開始後に部分的な交換等のメンテ
ナンスを遠隔操作により行うことができる。With the above-described configuration, the individual heat shield units 20 can be removed by first separating the connection connector 16 of the cooling pipe 15 and removing the cover plate 12. Therefore, by making these attachments and detachments remote-controllable, maintenance such as partial replacement can be performed by remote control after the start of operation.
【００２０】図２は、図１のＡ−Ａ線における断面図と
その部分拡大図であり、図３は、図１のＢ−Ｂ線におけ
る断面図とその部分拡大図である。また、図２及び図３
において、（Ｂ）は（Ａ）のＢ部拡大図、（Ｃ）は
（Ｂ）のＣ−Ｃ線による側面断面図である。図２（Ａ）
及び図３（Ａ）に示すように、熱シールドユニット２０
は、超伝導コイル側（この図の下側）に位置し、冷却管
１５が直接取付られる熱シールド板２２と、クライオス
タット側１に位置する多層反射板２４とからなる。ま
た、熱シールド板２２は、上下４つのサポート２５、２
６により、クライオスタット側１に取付られている。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG. 1 and a partially enlarged view thereof, and FIG. 3 is a sectional view taken along line BB of FIG. 1 and a partially enlarged view thereof. 2 and 3
3B is an enlarged view of a portion B in FIG. 3A, and FIG. 3C is a side sectional view taken along line CC in FIG. FIG. 2 (A)
And as shown in FIG.
Is composed of a heat shield plate 22 located on the superconducting coil side (lower side in this figure) and to which the cooling pipe 15 is directly attached, and a multilayer reflector 24 located on the cryostat side 1. The heat shield plate 22 includes upper and lower four supports 25, 2
6 attaches to the cryostat side 1.
【００２１】図２（Ｂ）（Ｃ）に示す２つの上部サポー
ト２５は、熱シールドユニット２０の全重量（例えば約
４００ｋｇ）を支持するように上下方向の剛性が大き
く、かつ熱収縮に伴う幅方向の動き（約１５ｍｍ）に追
従できるように幅方向の剛性が小さくなっている。その
ため、本実施例では、上下方向に延びた平板状の連結部
２５ａを介して熱シールド板２２とクライオスタット側
１を連結している。The two upper supports 25 shown in FIGS. 2B and 2C have high rigidity in the vertical direction so as to support the entire weight of the heat shield unit 20 (for example, about 400 kg), and have a width accompanying heat shrinkage. The rigidity in the width direction is small so as to follow the movement in the direction (about 15 mm). For this reason, in the present embodiment, the heat shield plate 22 and the cryostat side 1 are connected via the flat connecting portion 25a extending in the vertical direction.
【００２２】また、図３（Ｂ）（Ｃ）に示す２つの下部
サポート２６は、熱シールドユニット２０の重量は支持
せず、熱シールドユニット２０とクライオスタット１と
の間隔を保持する役割をになっており、クライオスタッ
ト１との連結部がピン接合されている。更に、上部サポ
ート２５及び下部サポート２６は、いずれも高強度で熱
伝導率の低いチタン合金で構成されている。The two lower supports 26 shown in FIGS. 3B and 3C do not support the weight of the heat shield unit 20 and serve to maintain the space between the heat shield unit 20 and the cryostat 1. The connecting portion with the cryostat 1 is pin-joined. Further, the upper support 25 and the lower support 26 are both made of a titanium alloy having high strength and low thermal conductivity.
【００２３】上述した構成により、各サポート２５、２
６からの伝熱を低く抑えると同時に、熱シールドユニッ
トの自由な熱収縮（熱膨張）を可能にし、過大な内部応
力の発生を防止することができる。With the above configuration, each support 25, 2
6, the heat transfer from the heat shield unit can be freely reduced, and the generation of excessive internal stress can be prevented.
【００２４】また、図２（Ａ）及び図３（Ａ）に示すよ
うに、カバー板１２が、熱シールドユニット２０の周辺
に着脱自在に取付けられ隣接する熱シールドユニット間
の隙間を覆うようになっており、上述したように、熱シ
ールドユニット２０の自由な熱収縮を阻害することな
く、その隙間の内側に位置して熱輻射を低減するように
なっている。As shown in FIGS. 2A and 3A, the cover plate 12 is detachably mounted around the heat shield unit 20 so as to cover a gap between adjacent heat shield units. As described above, the heat radiation is reduced by being located inside the gap without hindering the free heat contraction of the heat shield unit 20.
【００２５】図４は、図１の熱シールド装置の背面図で
あり、図５は、図４のＣ−Ｃ線における部分断面図
（Ａ）とそのＢ部の部分拡大図である。図４に示すよう
に、全体として例えば幅約１ｍ×高さ約４ｍを最少単位
とする熱シールドユニット２０を構成する多層反射板２
４は、例えば約１ｍ×１ｍのほぼ正方形のセグメントか
らなる。図５（Ａ）に示すように、多層反射板２４は、
間隔を隔てて位置する複数の反射板２４ａ，２４ｂと、
反射板の間隔を保持する複数のサポート具２７とからな
る。また、サポート具２７は、単一の中央連結具２８と
複数の保持連結具２９とからなる。FIG. 4 is a rear view of the heat shield device of FIG. 1, and FIG. 5 is a partial sectional view (A) along the line CC in FIG. As shown in FIG. 4, a multilayer reflector 2 constituting a heat shield unit 20 having a minimum unit of, for example, about 1 m in width and about 4 m in height as a whole.
4 comprises a substantially square segment of, for example, about 1 m × 1 m. As shown in FIG. 5A, the multilayer reflector 24 is
A plurality of reflectors 24a, 24b located at intervals;
And a plurality of support members 27 for maintaining the interval between the reflection plates. In addition, the support tool 27 includes a single central connecting tool 28 and a plurality of holding connecting tools 29.
【００２６】単一の中央連結具２８は、クライオスタッ
ト側端部に位置する端面反射板２４ａの中央部と熱シー
ルド板２２の中央部とをそれぞれ熱収縮可能に連結しか
つ反射板の重量を支持している。この中央連結具２８
は、端面反射板２４ａと熱シールド板２２を連結する連
結棒２８ａと、反射板間の間隔を保持する保持リング２
８ｂとからなる。連結棒２８ａは熱伝導率の低いチタン
製の中空管であり、保持リング２８ｂは、耐放射線性能
の高いポリイミド製であるのがよい。The single central connecting member 28 connects the central portion of the end reflector 24a located at the cryostat side end and the central portion of the heat shield plate 22 so as to be heat-shrinkable, and supports the weight of the reflector. doing. This central connector 28
Is a connecting rod 28a for connecting the end face reflection plate 24a and the heat shield plate 22, and a holding ring 2 for maintaining an interval between the reflection plates.
8b. The connecting rod 28a is a hollow tube made of titanium having low thermal conductivity, and the holding ring 28b is preferably made of polyimide having high radiation resistance.
【００２７】また、複数の保持連結具２９は、単一の中
央連結具２８のまわりに所定の間隔（例えば２００ｍｍ
ピッチ）を隔てて複数設置され、端面反射板２４ａと熱
シールド板２２の間に位置する複数の中間反射板２４ｂ
の間隔を一定に保持し、相互の接触を防止している。こ
の保持連結具２９は、端面反射板２４ａと熱シールド板
２２を連結する細い連結棒２９ａと、反射板間の間隔を
保持する保持リング２９ｂとからなる。連結棒２９ａは
熱伝導率の低いチタン製の細い棒であり、保持リング２
９ｂは、保持リング２８ｂと同様に耐放射線性能の高い
ポリイミド製であるのがよい。A plurality of holding connectors 29 are arranged at a predetermined distance (for example, 200 mm) around a single central connector 28.
A plurality of intermediate reflectors 24b are provided between the end face reflector 24a and the heat shield plate 22 at a plurality of intervals.
Are kept constant to prevent mutual contact. The holding connector 29 includes a thin connecting rod 29a for connecting the end face reflection plate 24a and the heat shield plate 22, and a holding ring 29b for holding a space between the reflection plates. The connecting rod 29a is a thin rod made of titanium having a low thermal conductivity, and
9b is preferably made of polyimide having high radiation resistance like the holding ring 28b.
【００２８】また、反射板２４ａ，２４ｂは、両面にア
ルミ蒸着したステンレス薄板である、ことが好ましい。
アルミニウムや銅は、輻射率が低い点では適している
が、高い電気伝導率を有するため、超伝導コイルがクエ
ンチを起こした場合に内部に渦電流が誘起され過大な電
磁力が発生することから本核融合実験炉の熱シールド装
置には不適である。また、通常のスチール鋼では、超伝
導コイルにより磁化され悪影響のおそれがある。更に、
ステンレス自体は、高放射線環境（例えば１×１０7 Ｇ
ｙ）に耐える高い耐放射線性能を有するが、そのままで
は輻射率が大きいので、金、アルミ又は窒化クロムを蒸
着又はメッキすることにより、輻射率を大幅に改善する
ことができる。It is preferable that the reflection plates 24a and 24b are stainless steel plates on both sides of which aluminum is deposited.
Aluminum and copper are suitable in terms of low emissivity, but have high electrical conductivity, so if a superconducting coil is quenched, eddy currents will be induced inside and an excessive electromagnetic force will be generated. It is not suitable for the heat shield device of this fusion experimental reactor. In addition, ordinary steel is magnetized by the superconducting coil and may be adversely affected. Furthermore,
Stainless steel itself has a high radiation environment (for example, 1 × 10 7 G
Although it has high radiation resistance to withstand y), the emissivity is large as it is, so that the emissivity can be greatly improved by depositing or plating gold, aluminum or chromium nitride.
【００２９】更に、図５（Ｂ）は（Ａ）の部分拡大図で
あり、例えば約１ｍ×１ｍに分割されたセグメント間の
境界部分を示している。この図のように、反射板２４
ａ，２４ｂの境界部は、一枚毎に位置が食い違うように
決められており、それぞれのセグメントの自由な熱収縮
を可能にし、かつ境界部分を通る熱輻射を最少限度にで
きるようになっている。FIG. 5B is a partially enlarged view of FIG. 5A and shows a boundary portion between segments divided into, for example, about 1 m × 1 m. As shown in FIG.
The boundaries between a and 24b are determined such that the positions of the boundaries are different from each other, so that the heat shrinkage of each segment can be freely performed and the heat radiation passing through the boundary can be minimized. I have.
【００３０】上述した構成によれば、反射板に金属（ス
テンレス薄板）を採用することで、放射線劣化の問題を
解消でき、例えば１×１０7 Ｇｙの高い放射線環境に耐
える高い耐放射線性能を得ることができる。また、ステ
ンレス薄板の輻射率を下げるためにその両面にアルミニ
ウムをコーティングしたので、輻射率が例えば０．０５
〜０．１程度まで下がり、高い断熱性能を発揮すること
ができる。更に、多層反射板を適当なピッチで設けるサ
ポート（例えばチタン合金製）により支持及び層間スペ
ースの確保を行うことにより、スペーサを不要にし、こ
れにより、高い耐放射線性能を保持したまま、施工性
（熟練度）に左右されない安定した断熱性能を長期間に
わたって保持できる。According to the above-described structure, the problem of radiation deterioration can be solved by employing a metal (stainless steel plate) for the reflection plate, and a high radiation resistance that can withstand a high radiation environment of 1 × 10 7 Gy can be obtained. be able to. In addition, since the both surfaces of the stainless steel sheet were coated with aluminum in order to reduce the emissivity, the emissivity was 0.05%, for example.
To about 0.1, and high heat insulation performance can be exhibited. Furthermore, the support (for example, made of titanium alloy) for providing a multilayer reflector at an appropriate pitch secures the support and secures an interlayer space, thereby eliminating the need for a spacer. (Skill level) and can maintain stable heat insulating performance for a long period of time.
【００３１】従って、熱シールド板２２の温度を約８０
Ｋ程度の極低温に少ない冷媒で保持することができ、例
えば３Ｗ／ｍ2 以下の高い断熱性能を確保することがで
きる。Therefore, the temperature of the heat shield plate 22 is set to about 80
It can be held at a very low temperature of about K with a small amount of refrigerant, and high heat insulation performance of, for example, 3 W / m 2 or less can be secured.
【００３２】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can be variously modified without departing from the gist of the present invention.
【００３３】[0033]
【発明の効果】上述したように、本発明の核融合実験炉
用熱シールド装置は、高放射線環境に耐える高い耐放射
線性能を有し、熱収縮により過大な内部応力を発生させ
ることなく、安定した高い断熱性能を長期間にわたって
保持でき、かつ運転開始後に部分的な交換等のメンテナ
ンスができる、等の優れた効果を有する。As described above, the heat shield device for a nuclear fusion experimental reactor of the present invention has high radiation resistance to withstand high radiation environments and is stable without generating excessive internal stress due to heat shrinkage. It has excellent effects such as maintaining high heat insulation performance over a long period of time and performing maintenance such as partial replacement after the start of operation.
【図１】本発明による熱シールド装置の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of a heat shield device according to the present invention.
【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図とその部分拡大
図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line AA of FIG. 1 and a partially enlarged view thereof.
【図３】図１のＢ−Ｂ線における断面図とその部分拡大
図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. 1 and a partially enlarged view thereof.
【図４】図１の熱シールド装置の背面図である。FIG. 4 is a rear view of the heat shield device of FIG. 1;
【図５】図４のＣ−Ｃ線における部分断面図とその部分
拡大図である。FIG. 5 is a partial cross-sectional view taken along line CC of FIG. 4 and a partially enlarged view thereof.
【図６】熱核融合実験炉の概念図である。FIG. 6 is a conceptual diagram of a thermonuclear fusion experimental reactor.
【図７】図６の部分断面図である。FIG. 7 is a partial sectional view of FIG. 6;
【図８】トカマク型核融合装置の模式図である。FIG. 8 is a schematic view of a tokamak fusion device.
【図９】従来の熱シールドの概念図である。FIG. 9 is a conceptual diagram of a conventional heat shield.
【図１０】従来の真空多層断熱の構造図である。FIG. 10 is a structural diagram of a conventional vacuum multilayer heat insulation.
１ クライオスタット（断熱真空容器） ２ 超伝導コイル ３ 熱シールド ４ 真空多層断熱構造 ５ 放射シールド材 ６ スペーサ １０ 熱シールド装置 １２ カバー板 １４ 冷却装置 １５ 冷却管 １６ 接続連結具 ２０ 熱シールドユニット ２２ 熱シールド板 ２４ 多層反射板 ２４ａ 端面反射板 ２４ｂ 中間反射板 ２５、２６ サポート ２７ サポート具 ２８ 中央連結具 ２８ａ 連結棒 ２８ｂ 保持リング ２９ 保持連結具 ２９ａ 連結棒 ２９ｂ 保持リング DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cryostat (insulated vacuum container) 2 Superconducting coil 3 Heat shield 4 Vacuum multilayer heat insulating structure 5 Radiation shield material 6 Spacer 10 Heat shield device 12 Cover plate 14 Cooling device 15 Cooling pipe 16 Connection connector 20 Heat shield unit 22 Heat shield plate 24 Multilayer reflector 24a End reflector 24b Intermediate reflector 25,26 Support 27 Support tool 28 Central connector 28a Connecting rod 28b Holding ring 29 Holding connector 29a Connecting rod 29b Holding ring
フロントページの続き (72)発明者 濱田 一弥 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 伊藤 彰 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 多田 栄介 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Continuing from the front page (72) Inventor Kazuya Hamada, 801-1, Mukaiyama, Oji, Naka-machi, Naka-gun, Ibaraki Prefecture Inside the Japan Atomic Energy Research Institute Naka Institute (72) Inventor Akira Ito, 801-1, Mukaiyama, Naka-cho, Naka-cho, Ibaraki Japan At the Nuclear Research Institute Naka Research Institute (72) Inventor Eisuke Tada 1 at 801 Mukaiyama, Naka-machi, Naka-gun, Naka-gun, Ibaraki Pref.
Claims (4)
けられる熱シールド装置であって、 クライオスタット内面に互いに所定の隙間を隔てて着脱
自在に取付けられる複数の熱シールドユニットと、該熱
シールドユニットの周辺に着脱自在に取付けられ隣接す
る熱シールドユニット間の前記隙間を覆うカバー板と、
熱シールドユニットを所定の温度に冷却する冷却装置と
からなり、 該冷却装置は、熱シールドユニットに取付けられ冷媒が
流れる冷却管と、該冷却管を隣接する熱シールドユニッ
トの冷却管と連結する着脱自在な接続連結具とを有し、 更に前記熱シールドユニット、カバー板及び冷却装置
は、それぞれ熱収縮可能に構成されている、ことを特徴
とする核融合実験炉用熱シールド装置。1. A heat shield device provided in a cryostat of a nuclear fusion experimental reactor, comprising: a plurality of heat shield units detachably mounted on a cryostat inner surface with a predetermined gap therebetween; and a periphery of the heat shield unit. A cover plate which is detachably attached to and covers the gap between adjacent heat shield units,
A cooling device that cools the heat shield unit to a predetermined temperature, the cooling device being attached to the heat shield unit and through which a refrigerant flows, and a detachable coupling that connects the cooling tube to a cooling tube of an adjacent heat shield unit. A heat shield device for a nuclear fusion experimental reactor, comprising: a flexible connection connector; and wherein the heat shield unit, the cover plate, and the cooling device are each configured to be heat-shrinkable.
ル側に位置し前記冷却管が直接取付られる熱シールド板
と、クライオスタット側に位置する多層反射板とからな
り、該多層反射板は、間隔を隔てて位置する複数の反射
板と、該反射板の間隔を保持する複数のサポート具とか
らなる、ことを特徴とする請求項１に記載の核融合実験
炉用熱シールド装置。2. The heat shield unit comprises a heat shield plate located on the superconducting coil side, to which the cooling pipe is directly attached, and a multilayer reflector located on the cryostat side, wherein the multilayer reflector has a gap. 2. The heat shield device for a nuclear fusion experimental reactor according to claim 1, comprising a plurality of reflectors located at a distance and a plurality of support members for maintaining a distance between the reflectors.
テンレス薄板である、ことを特徴とする請求項２に記載
の核融合実験炉用熱シールド装置。3. The heat shield device for a nuclear fusion experimental reactor according to claim 2, wherein the reflector is a stainless steel thin plate with aluminum deposited on both sides.
端部に位置する端面反射板の中央部と熱シールド板の中
央部とをそれぞれ熱収縮可能に連結する単一の中央連結
具と、そのまわりに所定の間隔を隔てて複数設置され端
面反射板と熱シールド板の間に位置する複数の中間反射
板の間隔を保持する保持連結具とからなる、ことを特徴
とする請求項２に記載した核融合実験炉用熱シールド装
置。4. The support device includes a single central connector that thermally contracts a central portion of an end face reflector located at a cryostat side end and a central portion of a heat shield plate, and around the central connector. 3. The nuclear fusion experiment according to claim 2, comprising a plurality of holding connectors which are provided at predetermined intervals and which maintain a space between the plurality of intermediate reflectors located between the end face reflector and the heat shield plate. Heat shield equipment for furnaces.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16228597A JP3859819B2 (en) | 1997-06-19 | 1997-06-19 | Heat shield device for nuclear fusion experimental reactor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16228597A JP3859819B2 (en) | 1997-06-19 | 1997-06-19 | Heat shield device for nuclear fusion experimental reactor |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1114777A true JPH1114777A (en) | 1999-01-22 |
| JP3859819B2 JP3859819B2 (en) | 2006-12-20 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112366013A (en) * | 2020-11-10 | 2021-02-12 | 中国核动力研究设计院 | Nuclear test method suitable for heat pipe reactor |
| CN115424742A (en) * | 2022-09-19 | 2022-12-02 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | Integral shielding cladding unit and shielding cladding used for fusion reactor |
-
1997
- 1997-06-19 JP JP16228597A patent/JP3859819B2/en not_active Expired - Fee Related
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| CN112366013A (en) * | 2020-11-10 | 2021-02-12 | 中国核动力研究设计院 | Nuclear test method suitable for heat pipe reactor |
| CN112366013B (en) * | 2020-11-10 | 2022-04-15 | 中国核动力研究设计院 | Nuclear test method suitable for heat pipe reactor |
| CN115424742A (en) * | 2022-09-19 | 2022-12-02 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | Integral shielding cladding unit and shielding cladding used for fusion reactor |
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| JP3859819B2 (en) | 2006-12-20 |
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