JPS59256B2 - ホウイキナイノ ガスチカンセンジヨウホウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は包囲器内の吸蔵不純ガスを充分にかつ急速に排
出するための洗浄方法に関し、特に該融合用プラズマ発
生装置やメタルハライドランプなどのように、使用中に
おける包囲器内からの吸蔵不純ガスの放出を極度にきら
うものの製造に好適な方法である。

従来、たとえば核融合用プラズマ発生装置の製造に際し
ては、プラズマ発生用炉体である包囲器を拡散ホンプを
使用して高真空度にまで排気しながら加熱し、吸蔵不純
ガスを放出させて除去している。

衆知のとおり、不純ガスの吸蔵濃度と雰囲気中の不純ガ
スの分圧とは平衡関係にあり、この平衡点は温度によっ
て定まる。

前述の排気はこの関係を利用して包囲器を加熱すること
によって平衡点を下げ、排気を良くして吸蔵不純ガス濃
度を下げるものである。

しかしながら、包囲器自体の耐熱性に限界があるため包
囲器温度をあまり高めることができず、排気に長時間を
要していた。

しかしながら、核融合用プラズマ発生装置の包囲器は不
銹鋼製で、その表面を微視的に見れば多くの凹凸が存在
している。

この状態を第１図に模型的に示す。

すなわち、包囲器Ａ内面には単なる凹みａ、ａ・・・・
・・・・・のほか深孔す、ｂ・・・・・・・・・、入口
の狭い袋孔ｃ、ｃ・・・・・・・・・あるいはこの袋孔
に枝状に深孔が付いた複合孔ｄ、ｄ・・・・・・・・・
などが在して器内空所Ｂに面している。

そうして、これらの孔ａ、ｂ、ｃ、ｄは内面積が広いの
で、これらの孔ａ、ｂ、ｃ、ｄの内面に吸蔵された不純
ガスの量は非常に大きなものである。

そうして、前述のような高真空の下では、孔ａ、ｂ、ｃ
、ｄの内面から放出された不純ガスはガス分子の自由運
動による移動すなわち分子流となって孔の入口から脱出
し排出される。

この分子流になるかそれとも通常の流れになるかの限界
は孔の狭隘部ｂ′、ｃ′。

ｄ′の径りと狭隘部ａ′、ｂ′、ｃ′、ｄ′内の平均圧
力Ｆとの積ＰＸＤによって定まり、この値が１５μｍα
以上のときは分子流にならず、したがって孔ａ、ｂ、ｃ
、ｄ内の不純ガスは容易に流出する。

そうして、単なる凹みａにおいては狭隘部がないのでか
なり高い真空度に到るまで分子流にならず、したがって
凹みａ内の不純ガスは容易に流出するばかりでなく、分
子流になっても比較的容易に脱出する。

これに反し、前述の深孔ｂ、袋孔Ｃ１複合孔ｄの場合は
狭隘部ｂ′、ｃ′、ｄ′が存在しているので、さほど高
い真空度に到らなくとも分子流となり、特にこの場合孔
す、ｃ、ｄ内の不純ガスは狭隘部ｂ′、ｃ′、ｄ′で不
純ガス分子の一部がはね返されるので、脱出速度は非常
に遅くなり、したがって孔す、ｃ、ｄ内の不純ガス分圧
はなかなか低下せず、したがって吸蔵ガスの放出も非常
に遅くなる。

すなわち、従来の吸蔵ガス除去方法では包囲器を充分加
熱し、高真空を長時間かけても、吸蔵ガスを充分に除去
することは極めて困難である。

特に、核融合用プラズマ発生包囲器は、作動中炉中心プ
ラズマから放出されるＸ線やシンクロトロン放射による
ミリ波やサブミリ波によって衝撃されて吸蔵不純ガスが
放出されやすいので、包囲器内面の吸蔵ガスを予め充分
に除去しておくことは絶対に必要で、このため有効な排
気方法の改元が要望されている。

さらに、管球たとえばメタルハライドランプにおいては
発光管の吸蔵ガス除去の良否はランプの特性や寿命に決
定的な影響があり、さらに優れた排気方法の改元が要望
されている。

本発明はこのような要望に応えてなされたもので、包囲
器内の吸蔵ガスを充分にかつ急速に排出するガス置換洗
浄方法を提供することを目的とし、その要旨とするとこ
ろは、包囲器内の吸蔵ガスを高純度洗浄ガスによって放
出を容易にし、この放出された不純ガスを上記洗浄ガス
とともに分子流に至らない真空度まで排出する工程を反
覆することによって、孔内の吸蔵ガスを充分に排出させ
ることである。

以下、本発明の詳細を第２図の原理図によって説明する
。

図中、１は前述した包囲器Ａの内面の孔す、ｃ、ｄを総
計したものを中空球で象徴に示す孔、２はこの孔１に接
続する毛細管の形で象徴した前述の狭隘部ｂ′、ｃ′、
ｄ′を代表する狭隘部、３はこの狭隘部２に接続しマニ
ホルドの形で象徴的に示す前述の包囲器本体、４はこの
包囲器本体３に接続した洗浄ガス給気弁、５は上記包囲
器本体３に接続した排気弁である。

そうして、包囲器本体１は所定の排気温度に保たれてい
るものと仮定しまた洗浄ガスの純度はこの温度における
包囲器本体３内の不純ガスの所望の吸蔵密度と平衡する
雰囲気（この場合は孔内）の上記不純ガスの分圧より低
い分圧の不純ガスを含有するものとする。

まず、給気弁４を開き、包囲器本体３を経て孔１内に洗
浄ガスを数気圧の圧力で導入する。

すると、吸蔵不純ガスは平衡点と洗浄ガス中の不純ガス
の分圧との差によって孔１内面から放出される。

この放出速度は前述の分圧差が大きいときは急速である
が、分圧差が小くなるに従って遅くなる。

そこで、ある程度吸蔵不純ガ、スが放出されたら給気弁
４を閉ぢ、排気弁５を開き、包囲器本体３内を数百ｍ７
１１Ｈｇ程度まで排気する。

すると狭隘路２内の平均ガス圧「は前述の数百ｍｍＨｇ
以上で、この平均ガス圧「と狭隘路２の径りとの積は１
５μｍ１以上に保たれるので狭隘路２内のガスの流れは
分子流になるに到らず、圧力差によって押出されるいわ
ゆる粘性流またはこれに近い状態で孔１内の洗滌ガスと
放出された不純ガスとは急速に流出し包囲器本体３内と
同一圧力になる。

つぎに、排気弁５を閉ぢ、給気弁４を開放し、前述と同
様にして洗浄ガスを孔１内に充填し、ついで前述と同様
にして孔１内の洗浄ガスと放出された不純ガスとを排出
する。

これによって、第１回の洗浄によって低下した不純ガス
の吸蔵密度はさらに低下する。

そうして、このような洗浄と排出を反覆すれば、孔１内
面の不純ガス吸蔵密度は次第に低下して、遂には洗滌ガ
ス中の不純ガスの分圧とほぼ平衡する吸蔵密度まで低下
し、吸蔵不純ガス除去の目的が達せられる。

実際の洗浄において狭隘部す、ｃ、ｄの径は包囲器の内
面仕上げ状態によって大差があり、洗浄ガスの圧力は上
記径に応じて定めるが、一般に数百１ｎ１ｒＬＨｇの圧
力に保てば分子流に到ることはない。

また、洗浄ガスは洗浄によってその一部が包囲器Ａ内面
に吸蔵されるので、この吸蔵された洗浄ガスが後日包囲
器Ａ内に放出されても害がないよう、無害なものを選定
する必要があり、たとえば核融合用プラズマ発生器の場
合には高純度水素を使用するのが適当である。

つぎに、具体例としてプラズマ発生装置の炉体として使
用される包囲器すなわち不銹鋼 （ＳＵＳ３０４）製ドーナツツ管の排気について説明す
る。

まず包囲器を４５０℃に加熱しながら３００ｍｍＨｇの
圧力にまで排気し、これに酸素、窒素、水蒸気などの不
純ガスの分圧がそれぞれ１０−８ｍｍＨｇ以下に精製さ
れた高純度水素を３気圧の圧力で充填し、ついで上記包
囲器内を３００ｍｌｒＬＨｇの圧力まで排気し、この操
作を１００回繰り返す。

そののち、拡散ポンプで１０分間排気したところ１０−
６ｍｍＨｇの高真空が得られた。

これに対し、洗浄ガスを使用することなく、最初から拡
散ポンプで排気したものは２時間の排気にもかかわらず
１０−３ｍｍＨｇの真空度しか得られなかった。

葦た、包囲器を９００℃の温度に加熱しながら２時間排
気した場合には１Ｏ−１０−５ｙｐｔの真空度まで到達
したが、炉体である不銹鋼の表面が酸化して強磁性とな
り、核融合用プラズマ発生装置には不都合なものとなっ
た。

なお、洗浄のための排気は低圧にするほど好都合である
が、前述のとおり、狭隘路における洗浄ガスの流れが分
子流になるほど低圧力にすることは時間の損失に過ぎな
いので、包囲器内面の表面状態に応じて排気すればよい
。

また、高純度洗浄ガスは製造が困難で高価になるので、
なるべく回収して再使用することが望ましいこともちろ
んで、そのためには第２図示のような循環系にすること
が望ましい。

図では第１図の模形図と同一部分には同−何冊を付して
説明を簡単にする。

すなわち、包囲器本体３に給気弁４と排気弁５との外に
循環弁６を接続し、排気弁５は真空ポンプ７に接続し、
循環弁６は吸出しポンプ８、第１の浄化器９たとえばパ
ラジウム触媒、第２の浄化器１０たとえは乾燥器、第３
の浄化器１またとえはバリウムゲッタ装置を介して上記
給気弁４に直列接続し、この循環系に洗浄ガス容器１ま
たとえは水素容器を接続しである。

そうして上記包囲器本体３には狭隘路２を介して孔１が
接続沌ている。

なお、第３の浄化器１１がゲッタ装置のときは、洗浄初
期にゲッタを作用させると経済的に不利であるので、バ
イパス弁１３を設けるとともに、浄化器１１の人出弁１
４ａ 、 １４ｂを設ける。

この装置は、まず排気弁５を開放して包囲器本体１をあ
る程度排気して閉市し、ついでバイパス弁１３を開き、
第３の浄化器１１の人出弁１４ａ。

１４ｂを閉ぢてから、容器１２の洗浄ガスを第１および
第２の浄化器９，１０を経由して給気弁４から包囲器本
体３を介して孔１に供給する。

つぎに、給気弁４を閉市し、循環弁６を開放し、ポンプ
８を作動して孔１内の洗浄ガスおよび放出された不純ガ
スを汲出して第１および第２の浄化器９゜１０に送り、
不純ガスを除去する。

つぎに循環弁６を閉ぢ、給気弁４を開いて浄化された洗
浄ガスを包囲器本体３を径で孔１に送り込む。

このように、同じ洗浄ガスを再生しながら繰返し孔１内
を洗浄したのち、さらに第３の浄化器すなわちゲッタ装
置１１を作用させて、高純度に再生した洗浄ガスで数回
孔１内を洗浄し、そののち給気弁４と循環弁６とを閉市
し、排気弁５を開放して包囲器本体３および孔１内を排
気する。

このようにすれは、少量の洗浄ガスで多数回の洗浄を効
率よく行うことができ、所期の目的が達せられる。

なお、本発明方法は吸蔵不純ガスの残存をきらう管球た
とえばメタルハライドランプに適用しても同様な効果が
ある。

さらに包囲器内に封装部材があるときも同様である。

以上詳述したように、本発明は包囲器内の吸蔵不純ガス
を高純度洗浄ガスによって放出させ、この放出された不
純ガスを上記洗浄ガスとともに分子流に到らない真空度
まで排出する工程を反覆することによって、包囲器内の
吸蔵不純ガスを充分にかつ急速に除去することができる
包囲器内のガス置換洗浄方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の排気方法の欠点を説明する説明図、第２
図は本発明の包囲器内のガス置換洗浄方法の原理を説明
する模型的説明図、第３図は同じく具体的装置の一例の
系統図である。 Ａ・・・・・・包囲器、ｂ、ｃ、ｄ、ｉ・・・・・・孔
、ｂ′。 ｃ′、ｄ′、２・・・・・・狭隘路、３・・・・・・包
囲器本体。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 包囲器内の吸蔵不純ガスを高純度洗浄ガスによって
   放出させ、この放出された不純ガスを上記洗浄ガスとと
   もに分子流に到らない真空度まで排出する工程を反覆す
   ることを特徴とする包囲器内のガス置換洗浄方法。