KR20140004184A - Tunable fusion blanket for load following and tritium production - Google Patents
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Abstract
관성 봉입 핵융합 발전 플랜트를 위한 핵융합 챔버가 개시된다. 상기 챔버는, 원하는 중성자 상호작용 특성을 갖는 주석이나 다른 물질을 함유하는 텅스텐과 바나듐같은 고온 저항성 금속 합금의 구획실들과 함께, 상기 챔버의 외부 주위에 냉각제의 흐름을 위한 영역들을 포함한다. 열 에너지 출력을 증가 또는 감소시키고 대응되는 중성자 증식률을 증가 또는 감소시키기 위해 주석이 삽입 또는 제거될 수 있다.A fusion chamber for an inertial enclosed fusion power plant is disclosed. The chamber includes regions for the flow of coolant around the exterior of the chamber, with compartments of high temperature resistant metal alloys such as tungsten and vanadium containing tin or other materials with desired neutron interaction properties. Tin can be inserted or removed to increase or decrease the thermal energy output and to increase or decrease the corresponding neutron growth rate.
Description
미합중국 연방 정부의 지원에 의한 연구 또는 개발에 의해 창출된 발명에The inventions created by research or development under the auspices of the Federal Government of the United States of America;
대한 권리의 주장Claim of right to Korea
미합중국 정부는, 로렌스 리버모어 내쇼날 래보러토리(Lawrence Livermore National Laboratory)의 운영에 관한, 미합중국 에너지부(United States Department of Energy)와 로렌스 리버모어 내쇼날 시큐리티, 엘엘시(Lawrence Livermore National Security, LLC) 간의 계약 DE-AC52-07NA27344호에 따라 본 발명에 대한 권리를 갖는다.
The United States Government has signed an agreement between the United States Department of Energy and Lawrence Livermore National Security, LLC regarding the operation of the Lawrence Livermore National Laboratory. In accordance with AC52-07NA27344.
관련 출원의 상호 참조Cross Reference of Related Application
본 출원은 "추가 삼중수소를 생산하는 능력과 부하 추종을 제공하는 조정가능한 핵융합 블랭킷(Tunable Fusion Blanket Offering the Ability to Produce Extra Tritium and Load Follow)"이라는 명칭으로 2011.1.28.자로 출원된 미합중국 임시특허출원 제61/437,508호 및 "관성 봉입 핵융합 챔버(Inertial Confinement Fusion Chamber)"라는 명칭으로 명칭으로 2011.11.8.자로 출원된 국제 특허 조약(PCT) 출원 US2011/059814호와 관련되고 이들 출원을 우선권 주장의 기초로 한다. 상기 출원들 각각은 참조에 의하여 본 명세서에 편입된다.
This application is a provisional United States patent application filed on Feb. 8, 2011 entitled "Tunable Fusion Blanket Offering the Ability to Produce Extra Tritium and Load Follow". Claims priority of these applications in connection with Application 61 / 437,508 and the International Patent Treaty (PCT) Application US2011 / 059814, filed Jan. 1, 2011 under the name "Inertial Confinement Fusion Chamber." On the basis of. Each of these applications is incorporated herein by reference.
본 발명은 핵융합 반응을 이용한 전력 생산에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 핵융합 전력과 삼중수소(tritium) 생산률의 계속적인 실시간 조절이 가능한 관성 봉입 핵융합 발전 플랜트(fusion power plant)에 관한 것이다.
The present invention relates to power generation using a fusion reaction. In particular, the present invention relates to an inertial enclosed fusion power plant capable of continuously real-time control of fusion power and tritium production rates.
세계 최대이자 가장 활발하게 운용중인 레이저 시스템인 내쇼날 이그니션 퍼실리티(National Ignition Facility; NIF)가 캘리포니아주 리버모어에 위치한 로렌스 리버모어 내쇼날 래보러토리(Lawrence Livermore National Laboratory: LLNL)에서 가동 중에 있다. NIF의 가동 목표 중 하나는 상기 연구소에서 최초로 핵융합 점화를 시연하는 것이다. 초기의 실험들은 점화된 자기 전파 핵융합 연소파(self propagating fusion burn wave)로부터 20MJ 정도의 출력을 생산하도록 진행되었다. 이 시설은 종국적으로 150-200MJ에 달하는 출력을 얻을 수 있을 정도의 능력을 갖는다. NIF는 연구 장비로서 설계되어, 여기서 연구를 위해 중수소-삼중수소(deuterium-tritium)를 담은 타겟에 "샷(shot)"들이 행해진다. NIF에 관한 기술은 Moses 등의 Fusion Science and Technology, Volume 60, pp 11-16(2011)에서 찾을 수 있으며, 본 명세서에 참조로서 포함된다.The National Ignition Facility (NIF), the world's largest and most active laser system, is in operation at Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) in Livermore, California. One of NIF's operational goals is to demonstrate the first fusion ignition at the laboratory. Early experiments ignited It proceeded to produce about 20 MJ of power from a self propagating fusion burn wave. The facility eventually has the capacity to achieve outputs of 150-200 MJ. The NIF is designed as research equipment, where "shots" are made on targets containing deuterium-tritium for the study. Techniques for NIF can be found in Fusion Science and Technology, Volume 60, pp 11-16 (2011), by Moses et al., Incorporated herein by reference.
에너지, 특히 클린 에너지에 대한 수요는 급속도로 증가하고 있다. LLNL에서는 2030년까지는 미국에 핵융합 기반의 발전 플랜트를 도입하되 그 이전에 이를 상용화 이전의 발전 플랜트의 형태로 도입하는 것을 목표로 레이저 관성 봉입 핵융합 에너지(Laser Inertial-confinement Fusion Energy, 이하에서는 "LIFE"라고 한다)로 알려진 프로젝트가 진행되고 있다. LIFE 기술은 전 세계에 탄소를 배출하지 않는 에너지를 확장할 수 있는 길을 제시한다. 이 기술은 핵 확산의 위험이 없는 안전하고 지속가능한 방식으로, 탄소를 배출하지 않는 깨끗한 에너지를 제공할 것이다.The demand for energy, especially clean energy, is growing rapidly. LLNL will introduce a fusion-based power plant in the United States by 2030, but prior to that, it will be introduced in the form of a power plant before commercialization. A project known as the LIFE technology offers a way to expand carbon-free energy around the world. The technology will provide clean energy that does not emit carbon in a safe and sustainable manner without the risk of nuclear proliferation.
다수의 소비자에게 보급되고 있는 전기 에너지를 생산하는 여느 기술과 마찬가지로 LIFE에 있어서의 하나의 과제는 다른 때, 예컨대, 하루 중 다른 시간, 다른 달 및 다른 해에 제공되어야 하는 에너지의 양을 다르게 해야 한다는 것이다. 소비자들은 매우 신뢰성이 높은 전기 에너지를 얻기를 기대하고, 발전 플랜트가, 예컨대, 일 년 중 더 따뜻한 달이나 날에는 다른 때보다 난방을 위해 더 많은 에너지를 생산할 것을 필요로 한다. 그 결과는 전기 에너지의 공급자들이 자신의 설비에 의해 생산되는 전기 에너지의 양을 늘이고 줄일 수 있어야 한다는 것이다. 따라서, 그 내부에서 핵융합 반응이 일어나는 핵융합 챔버가 신뢰성 및 긴 수명을 갖는 것은 물론, 핵융합 챔버가 서로 다른 때에 전기 에너지를 생성하기 위한 열의 양을 더 많이 혹은 더 적게 제공할 수 있게 하는 메커니즘을 제공하는 것이 핵융합 에너지와 관련된 과제 중 하나이다.
As with any technology that produces electrical energy that is spread to many consumers, one challenge for LIFE is to vary the amount of energy that must be provided at different times, for example, at different times of the day, at different months, and at different years. will be. Consumers expect to get very reliable electrical energy and require a power plant to produce more energy for heating than at other times, for example, on warmer months or days of the year. The result is that suppliers of electrical energy should be able to increase and decrease the amount of electrical energy produced by their facilities. Thus, the fusion chamber, in which the fusion reaction takes place, has reliability and long life, as well as providing a mechanism that allows the fusion chamber to provide more or less amount of heat to generate electrical energy at different times. That is one of the challenges associated with fusion energy.
본 명세서에 개시된 기술에 있어서, 중수소(deuterium) 및 삼중수소(tritium) 연료를 담은 캡슐들이 초당 여러 번 주입되는 핵융합 챔버를 갖는 핵융합 발전 플랜트가 제공된다. 홀라움(hohlraum)("타겟") 내에 포함된 개별 연료 캡슐이 상기 챔버의 중심에 도달하는 동안, 다수의 레이저가 타겟 상에 발사되어 핵융합 반응이 일어나도록 상기 연료를 가열하고 압축한다. 핵융합 반응으로부터의 열은 챔버 주위를 순환하는 냉각제에 의해 포획된다. 이 열은 전기를 발생시키기 위해 사용된다. 플랜트의 바람직한 운용 형태는 이전 타겟에서 연소된 삼중수소를 대체할 삼중수소를 생산하는 것이다.In the technology disclosed herein, a fusion power plant is provided having a fusion chamber in which capsules containing deuterium and tritium fuel are injected multiple times per second. While the individual fuel capsules contained in the hohlraum (“target”) reach the center of the chamber, a number of lasers are fired onto the target to heat and compress the fuel so that a fusion reaction occurs. Heat from the fusion reaction is captured by the coolant circulating around the chamber. This heat is used to generate electricity. The preferred mode of operation of the plant is to produce tritium to replace the tritium burned in the previous targets.
핵융합 챔버의 구조에 대한 우리의 접근법은, 위에서 참조한 "관성 봉입 핵융합 챔버(Inertial Confinement Fusion Chamber)"라는 명칭의 특허출원에 보다 상세히 설명된 것과 같은, 제1 벽을 위한 분리된(segmented) 튜브형 설계를 이용한다. 이러한 설계는 효율적인 열 커플링(thermal coupling), 낮은 기계적 응력, 및 높은 강도 대 중량비(strength to weignt ratio)를 갖는 핵융합 챔버를 제공한다. 핵융합 챔버의 모듈식 접근법은 또한 핵융합 챔버를 광학계로부터 분리하여, 정확한 광학 경로를 재구성하는 것이 아니라 배관 접속을 잇거나 해제하는 것만으로 블랭킷과 제1 벽의 신속한 제거 및 교체를 가능하게 한다. 핵융합 챔버는 개별 세그먼트들을 통해 순환하는 액체 리튬 냉각제로 냉각된다.Our approach to the structure of the fusion chamber is a segmented tubular design for the first wall, as described in more detail in the patent application entitled "Inertial Confinement Fusion Chamber" referenced above. Use This design provides a fusion chamber with efficient thermal coupling, low mechanical stress, and high strength to weignt ratio. The modular approach of the fusion chamber also separates the fusion chamber from the optics, allowing rapid removal and replacement of the blanket and the first wall simply by connecting or releasing piping connections, rather than reconstructing the correct optical path. The fusion chamber is cooled with liquid lithium coolant circulating through the individual segments.
본 발명은 핵융합 발전 플랜트의 운영자에게 핵융합 블랭킷 내의 영역을 채우거나 비움으로써 삼중수소 증식률(breeding ratio) 및 열 에너지를 조절함에 있어서의 유연성을 증대시킨다. 이러한 조절은 핵융합 플랜트의 부하 추종을 가능하게 하여, 서로 다른 양의 열 에너지와 그에 대응하는 전기 에너지를 실시간으로 그리드에 전달하고 삼중수소 생산량을 제어하도록 핵융합 블랭킷이 조정될 수 있게 한다.
The present invention increases the flexibility in controlling tritium breeding ratios and thermal energy by filling or emptying areas within the fusion blanket for operators of fusion power plants. This regulation allows the fusion plant to follow the load, allowing the fusion blanket to be adjusted to deliver different amounts of heat energy and corresponding electrical energy to the grid in real time and to control tritium production.
도 1은 핵융합 챔버 및 그 분리형(segmented) 설계를 도시한다.
도 2는 핵융합 챔버의 하나의 세그먼트의 절반의 투시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 핵융합 챔버의 하나의 세그먼트의 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 핵융합 챔버의 세그먼트의 다른 단면도이고, 출력 에너지 및 삼중수소 증식에 대한 제어를 제공하기 위해 사용되는 추가적인 구획실(compartment)들을 도시한다.1 shows a fusion chamber and its segmented design.
2 is a perspective view of half of one segment of the fusion chamber.
3 is a cross-sectional view of one segment of the fusion chamber shown in FIG. 2.
FIG. 4 is another cross-sectional view of the segment of the fusion chamber shown in FIG. 2, showing additional compartments used to provide control over output energy and tritium propagation.
도 1은 본 발명의 구현을 위해 사용될 수 있는 핵융합 챔버 20의 전반적인 설계를 도시하는 도면이다. 이 챔버 20은, PCT/US2011/059820호로서 "수명 제한 구성요소를 플랜트의 이용률과 분리한 관성 봉입 핵융합 발전 플랜트(Inertial Confinement Fusion Power Plant Which Decouples Life-Limited Components From Plant Availability)"라는 명칭으로 2011년 11월 8일자로 출원된 본 출원인의 미합중국 특허 출원에 개시된 것과 같은 핵융합 발전 플랜트 내에 배치될 것이며, 상기 출원은 참조에 의해 그 내용이 본 명세서에 편입된다.1 shows an overall design of a
도 1에 도시된 바와 같이, 상기 챔버는 다수의 동일한 섹션들 100으로 구성된다. 각각의 섹션 100은 공장에서 만들어져 종래의 이송 장비를 이용해 발전 플랜트로 운송될 수 있다. 현장에서 유지보수를 하는 설비 내에서는, 바로 위에서 참조한 출원에 기술된 바와 같이, 모듈식 챔버 섹션들이 공통의 지지 프레임 내에 탑재된다. 완전히 조립된 챔버 및 프레임은 챔버를 둘러싸는 진공 용기 내에 설치되기 위해 이송된다. 챔버의 설치는 냉각 인렛(inlet) 파이프 및 아웃렛(outlet) 파이프를, 독립적인 배관을 갖는 상기 챔버의 각 1/4 섹션에 접속하는 것만을 요구한다.As shown in FIG. 1, the chamber consists of a number of
도 2는 핵융합 챔버 10의 1/2 세그먼트 100의 투시도이다. 도시된 바와 같이, 상기 세그먼트는 기저(underlying) 구조를 덮는 병렬로 배열된 튜브들 110으로 구성되는 제1 벽을 포함하고, 상기 튜브들을 통해 리튬 냉각제가 순환된다. 상기 세그먼트의 빔 포트 개구들 120 또한 도시된다. 리튬은 먼저 냉각제를 전체 챔버의 1/4에 공급하는 플리넘(plenum)으로 보내진다. 냉각제는 먼저 상기 제1 벽 튜브로 보내지고, 여기서 가장 높은 열 플럭스를 경험한다. 상기 제1 벽 튜브로부터 나오면, 상기 리튬은 블랭킷 진입 포트 130으로 순환된다. 블랭킷에 존재하는 냉각제는 포트 140을 통해 순환된다. 전체 챔버의 4개의 1/4 섹션들은 독립적인 배관을 갖는다.2 is a perspective view of a
레이저 빔들이 챔버 중심에 도달할 수 있도록 입체각(solid-angle)이 총 약 5%인 48개의 개구들 120이 제공된다. 빔 포트에서, 상기 제1 벽 파이프들은 방사상으로 외측을 향하는 경로를 갖고 블랭킷의 배면에서 휘어진다. 상기 챔버의 상부와 바닥에는 타겟 주입 시스템 및 잔해 제거/진공 펌핑/ 타겟 포획 시스템과의 개별적인 접속을 위한 추가적인 개구들이 제공된다.48
도 3은 본 발명의 특징적 구성들을 포함하지 않는 세그먼트인, 보통의 세그먼트 100의 중점을 통과하는 단면도이다. 에너지 생산 및 삼중수소 증식의 조절이 요구되는 정도에 따라, 핵융합 챔버의 몇 개의 세그먼트만이 본 발명의 특징적 구성들을 포함할 수 있다. 한편, 상기 챔버의 모든 세그먼트에 본 발명의 특징적 구성들을 포함함으로써 더 큰 유연성을 얻을 수 있고, 이러한 세그먼트들 중 하나는 도 4에 도시되어 있다.3 is a cross sectional view through the midpoint of a
도 3에는, 기저 구조 150과 함께 제1 벽 튜브 110이 도시된다. 액체 리튬 냉각제는 상기 세그먼트 100의 모든 튜브들과 연결되는 플리넘 160을 통해 튜브 110으로 들어간다. 상기 세그먼트의 다른 한편의 유사한 플리넘(도시되지 않음)은 튜브 110을 통과한 후에 액체 리튬을 수집한다. 리튬이 상기 제1 벽 튜브 110를 나오면, 상기 냉각제의 추가적인 가열을 위해 기저 구조 150으로 재순환될 수 있다. 다른 구현예에서는, 모든 리튬이 재순환되고 이로 인해 세그먼트 100을 위해 오직 하나의 냉각 루프만이 필요하게 된다. 필요하다면, 상기 제1 벽 튜브 110과 상기 기저 구조 150은 서로 다른 냉각 요건을 만족시키거나 대체 냉각제의 사용을 위해 독립적인 배관을 가질 수 있다.3, a
상기 기저 구조 150의 냉각은 가장 차가운 냉각제가 구조 물질로 전달되도록 설계된다. 이는 상부에서 상기 블랭킷으로 들어가고 더 작은 냉각 채널들을 통해 고속으로 흘러 내려가는 냉각제에 의한 "스킨 냉각(skin cooling)"을 통해 달성된다. 상기 냉각제는 상기 블랭킷의 바닥에 도달할 때 방향을 바꾸고 더 낮은 속도로 벌크(bulk) 영역 170을 통해 올라간다. 스킨 영역에서의 낮은 온도 및 높은 속도는 가장 효율적인 냉각을 제공한다. 블랭킷 냉각제는 포트 130을 통해 도입되고 유사한 포트 140을 통해 뽑아 내어진다.The cooling of the
본 명세서에서 참조된 상기 특허 출원들에 보다 상세히 설명된 바와 같이, 470℃로 상기 제1 벽 튜브로 들어간 냉각제는 상기 제1 벽을 떠나 약 510℃로 상기 기저 구조(블랭킷)로 들어간다. 상기 냉각제는 상기 블랭킷의 바닥에서 대략 550℃에 도달한다. 순수한 강(steel)일 때, 상기 냉각제는 상기 블랭킷의 최상부에서 575℃의 유출 온도까지 가열된다. 비구조적(nonstructural) 단열 패널의 사용을 통해 더 높은 온도가 얻어질 수 있다. 예를 들어, 텅스텐은 1300℃ 이상까지 액체 리튬과 양립가능하다. 우리의 설계는 순수한 강을 사용하였고 575℃의 출구 온도로 리튬을 공급한다. 그러나, 물질의 적합한 선택에 따라서, 미래의 핵융합 챔버 설계는 더 높은 온도까지도 허용할 수도 있다.As described in more detail in the patent applications referenced herein, the coolant entering the first wall tube at 470 ° C. leaves the first wall and enters the base structure (blanket) at about 510 ° C. The coolant reaches approximately 550 ° C. at the bottom of the blanket. When pure steel, the coolant is heated to an outlet temperature of 575 ° C. at the top of the blanket. Higher temperatures can be obtained through the use of nonstructural insulating panels. For example, tungsten is compatible with liquid lithium up to 1300 ° C or higher. Our design uses pure steel and supplies lithium at an outlet temperature of 575 ° C. However, depending on the proper choice of materials, future fusion chamber designs may allow even higher temperatures.
상기 핵융합 챔버는 ASME 파이프 코드에 따라 설계된다. 구체적으로, 상기 챔버는 주어진 물질의 기본적인 인장 강도의 1/3, 항복 강도(yield strength)의 2/3, 크리프 파단 강도(creep rupture strength)의 2/3, 그리고 1000시간당 0.01% 크리프율(creep rate)로 설계된다. 이러한 평가에서는 온도 의존 특성이 사용된다.The fusion chamber is designed according to the ASME pipe cord. Specifically, the chamber comprises one third of the basic tensile strength of a given material, two thirds of yield strength, two thirds of creep rupture strength, and 0.01% creep per 1000 hours. is designed at a rate. In this evaluation, temperature dependent properties are used.
본 발명은 발전 플랜트의 운영자에게 핵융합 블랭킷 내의 영역을 채우거나 비움으로써 삼중수소 증식률 및 열 에너지를 조절할 수 있는 유연성을 제공하는 핵융합 챔버를 제공한다. 이러한 실시간 조절은 추가적인 삼중수소를 생산할 필요가 있을 때, 예컨대, 예상을 밑도는 생산이나 예상을 웃도는 손실에 따른 부족을 극복하기 위해 또는 새로운 핵융합 설비에 연료를 공급하기 위해, 요구될 수 있다. 이러한 조절은 핵융합 발전 플랜트가 부하를 추종할 수 있게 하여, 실시간으로 다른 양의 열 에너지 및 그에 대응하는 전기 에너지를 그리드로 전달하도록 핵융합 발전 플랜트가 조정될 수 있게 한다.The present invention provides a fusion chamber that provides the operator of a power plant with the flexibility to control tritium growth rate and thermal energy by filling or emptying areas within the fusion blanket. Such real-time control may be required when additional tritium needs to be produced, for example, to overcome shortcomings of less than expected production or exceeded expectations, or to fuel new fusion facilities. This regulation allows the fusion power plant to follow the load, allowing the fusion power plant to be adjusted to deliver different amounts of heat energy and corresponding electrical energy to the grid in real time.
삼중수소 증식률 및 열 출력 에너지의 실시간 조정은 핵융합 블랭킷 내의 구획실들, 예컨대, 구획실들 170을 주석(tin) 또는 원하는 중성자 상호작용 특성을 갖는 다른 물질로 채움으로써 달성된다. 이 물질은 열 에너지 출력을 증가 또는 감소시키고 대응되는 삼중수소 증식률을 증가 또는 감소시키기 위해 원하는 수준으로 삽입 또는 제거될 수 있다. 사용되는 물질들은 정체되거나, 유동하는 액체 또는 이동가능한 고체일 수 있다. 필요한 경우, 베릴륨(beryllium) 또는 베릴륨 티타늄(beryllium titanium; Be12Ti)과 같은 추가적인 중성자 생성 물질이 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 핵융합 블랭킷이 핵융합 반응으로부터 방출되는 중성자와 에너지를 포획하도록 함으로써, 수집된 에너지는 새로운 핵융합 연료 생산을 위한 삼중수소 및 유동하는 고온의 냉각제 형태의 열 에너지로 변환될 수 있다.Real-time adjustment of tritium growth rate and heat output energy is achieved by filling compartments, such as
도 4는 구획실들 200의 일 구현예를 도시한다. 구획실들 200은 고온에서도 강도가 유지되는 금속 합금으로 제조되어 구조적 부품에서 높은 강도를 유지하는 한편 열 에너지 생산이 최대가 될 수 있다. 이러한 합금은 텅스텐, 바나듐(vanadium) 등의 물질을 포함한다. 상기 구획실들은 주석 또는 가돌리늄(gadolinium)과 같은 고온 저항성(high temperature resistant) 물질들로 선택적으로 채워지거나 비워질 수 있다.4 illustrates one embodiment of compartments 200. Compartments 200 may be made of a metal alloy that maintains strength even at high temperatures to maintain high strength in structural components while maximizing thermal energy production. Such alloys include materials such as tungsten, vanadium and the like. The compartments may be optionally filled or emptied with high temperature resistant materials such as tin or gadolinium.
이전의 관성 핵융합 에너지 엔진에서는, 핵융합 타겟 출력을 줄이거나, 핵융합 소스의 반복률을 줄이거나, 또는 냉각탑을 이용하여 초과 열 에너지를 버림으로써 열 에너지가 감소되었다. 이러한 방식들의 각각은 발전 플랜트의 경제성에 부정적인 영향을 미친다. 이와 대조적으로, 우리의 방식은 발전 플랜트의 경제성에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 열 에너지 및 삼중수소 생산의 조정을 가능하게 한다.In previous inertial fusion energy engines, thermal energy was reduced by reducing the fusion target output, reducing the repetition rate of the fusion source, or by discarding excess thermal energy using a cooling tower. Each of these approaches has a negative impact on the economics of the power plant. In contrast, our approach enables the coordination of thermal energy and tritium production without negatively impacting the economics of the power plant.
도 4에 도시된 실시예에서는, 텅스텐 챔버 200 내에서 주석이 사용된다. 주석은 정지해 있지만, 핵융합 엔진을 주석이 존재하는 "파워 모드"로부터 주석이 제거된 "삼중수소 증식 모드"로 전환하기 위해 주석을 어떤 위치로 펌핑하거나 빼낼 수 있다(또는 삽입하고 제거할 수 있다). 삼중수소 증식률 및 벌크 물질의 이득에 관한 우리의 분석은 아래의 표와 같다. 블랭킷이 완전히 액체 리튬으로 냉각될 때, 즉, 핵융합 챔버의 모든 세그먼트들이 도 3에 도시된 것과 같을 때의, 삼중수소 증식률 및 이득은 첫 번째 줄에 표시된다. 주석이 들어있는(그리고 주석을 비운) 텅스텐 구획실들이 있을 때의, 삼중수소 증식률 및 이득은 상기 표의 두 번째 및 세 번째 줄에 표시된다. 마지막으로 Be12Ti/Sn 블랭킷을 실은(loading) 그리고 빼낸 텅스텐 구획실에 대한 결과는 상기 테이블의 마지막 두 줄에 표시된다.In the embodiment shown in FIG. 4, tin is used in the tungsten chamber 200. The tin is stationary, but can be pumped out (or inserted and removed) to any position to switch the fusion engine from "power mode" where tin is present to de-tinted "tritium growth mode". . Our analysis of tritium growth rate and the benefits of bulk materials is shown in the table below. When the blanket is completely cooled with liquid lithium, ie when all segments of the fusion chamber are as shown in FIG. 3, tritium growth rate and gain are indicated in the first line. Tritium growth rates and gains when there are tin containing (and tin free) tungsten compartments are shown in the second and third lines of the table. Finally, the results for the tungsten compartment loading and withdrawing Be 12 Ti / Sn blankets are shown in the last two rows of the table.
종래의 방식들과 달리, 본 발명은 실시간 조정을 가능하게 한다. 생성되는 핵융합 열 에너지 및 삼중수소 생산률은 지속적으로 추적되고, 새로운 플랜트 기동(startup)을 위한 삼중수소를 추가 생산하기 위해 또는 수요가 낮은 기간 동안 플랜트의 에너지 생산을 감소시키기 위해 필요에 따라 다른 동작 조건들과 균형이 유지된다.Unlike conventional approaches, the present invention enables real time adjustment. The resulting fusion thermal energy and tritium production rates are continuously tracked and other actions as needed to further produce tritium for new plant startups or to reduce the plant's energy production during periods of low demand. The conditions are balanced.
이상 본 발명의 바람직한 실시예에 관하여 설명하였다. 열 에너지 출력 및 삼중수소 증식률의 제어를 가능하게 하기 위해 상기 물질들을 핵융합 블랭킷에 추가하거나 그로부터 제거하는 방식으로 변형이 만들어질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위에 의해 정의된다.The preferred embodiment of the present invention has been described above. It will be appreciated that modifications can be made in such a manner as to add or remove the materials from the fusion blanket to enable control of thermal energy output and tritium growth rate. Accordingly, the scope of the invention is defined by the appended claims.
Claims (16)
함께 맞춰졌을 때 상기 핵융합 챔버를 형성하는 복수의 세그먼트들을 포함하되, 각각의 세그먼트는,
내부에서 핵융합 반응이 일어나는 상기 핵융합 챔버의 중심 영역을 향하도록 위치된 제1 벽; 및
상기 제1 벽의 뒤에 배치되고 내부에 유체 냉각제를 수용하는 통로를 포함하는 블랭킷 영역을 포함하고,
상기 세그먼트들 중 적어도 하나는 추가적인 영역을 포함하고, 상기 핵융합 챔버 내에서의 핵융합 반응으로부터 추가적인 중성자를 포획하기 위해 고온 저항성 물질이 상기 추가적인 영역 내에 제공될 수 있는,
핵융합 챔버.
In a fusion chamber,
A plurality of segments forming the fusion chamber when fitted together, each segment comprising:
A first wall positioned to face a central region of the fusion chamber within which a fusion reaction occurs; And
A blanket region disposed behind the first wall and including a passageway for receiving a fluid coolant therein;
At least one of the segments includes an additional region, wherein a high temperature resistant material may be provided within the additional region to capture additional neutrons from the fusion reaction in the fusion chamber.
Fusion chamber.
상기 추가적인 영역은 상기 고온 저항성 물질을 담기 위한 구획실을 포함하는,
핵융합 챔버.
The method of claim 1,
The additional area includes a compartment for containing the high temperature resistant material,
Fusion chamber.
상기 고온 저항성 물질은 주석을 포함하는, 핵융합 챔버.
3. The method of claim 2,
And the high temperature resistant material comprises tin.
상기 고온 저항성 물질은 베릴륨을 포함하는, 핵융합 챔버.
3. The method of claim 2,
And the high temperature resistant material comprises beryllium.
상기 고온 저항성 물질은 베릴륨 티타늄(beryllium titanium; Be12Ti)을 포함하는, 핵융합 챔버.
3. The method of claim 2,
Wherein the high temperature resistant material comprises beyllium titanium (Be 12 Ti).
상기 고온 저항성 물질은 가돌리늄(gadolinium)을 포함하는, 핵융합 챔버.
3. The method of claim 2,
Wherein the high temperature resistant material comprises gadolinium.
상기 구획실은 텅스텐과 바나듐(vanadium) 중 적어도 하나를 포함하는, 핵융합 챔버.
3. The method of claim 2,
Wherein the compartment comprises at least one of tungsten and vanadium.
각각의 세그먼트의 상기 제1 벽은 상기 세그먼트의 앞 벽을 가로질러 병렬로 배열된 한 세트의 튜브들을 포함하고, 각각의 튜브는 상기 앞 벽의 뒤에 배치된 제1 플리넘으로부터 상기 앞 벽의 뒤에 배치된 제2 플리넘까지 연장되고, 상기 제1 및 제2 플리넘은 상기 한 세트의 튜브들을 냉각하기 위해 공급되는 유체 냉각제에 연결되는, 핵융합 챔버.
The method of claim 1,
The first wall of each segment includes a set of tubes arranged in parallel across the front wall of the segment, each tube behind the front wall from a first plenum disposed behind the front wall. A fusion chamber extending to a second plenum disposed, wherein the first and second plenums are connected to a fluid coolant supplied to cool the set of tubes.
상기 세그먼트들의 각각이 상기 추가적인 영역을 포함하고, 상기 핵융합 챔버 내에서의 핵융합 반응으로부터 추가적인 중성자를 포획하기 위해 고온 저항성 물질이 상기 추가적인 영역 내에 제공될 수 있는,
핵융합 챔버.
The method of claim 1,
Wherein each of the segments includes the additional region, and a high temperature resistant material may be provided within the additional region to capture additional neutrons from the fusion reaction in the fusion chamber.
Fusion chamber.
각각의 세그먼트는 레이저 빔이 상기 핵융합 챔버의 중심 영역까지 상기 세그먼트를 통과하게 하기 위한 두 개 이상의 개구 및 상기 핵융합 챔버를 형성하기 위해 상기 세그먼트를 제 위치에서 지지하는 지지 구조물을 더 포함하는,
핵융합 챔버.
The method of claim 1,
Each segment further comprises two or more openings for allowing a laser beam to pass through the segment to a central region of the fusion chamber and a support structure for supporting the segment in place to form the fusion chamber,
Fusion chamber.
상기 유체 냉각제는 액체 리튬을 포함하는, 핵융합 챔버.
The method of claim 1,
Wherein the fluid coolant comprises liquid lithium.
내부에서 핵융합 반응이 일어나는 상기 핵융합 챔버는 그 중심 영역을 향하도록 위치된 제1 벽을 포함하고, 상기 제1 벽의 뒤에 배치되고 유체 냉각제를 수용하는 통로를 포함하는 블랭킷 영역을 포함하며,
상기 핵융합 챔버의 출력 에너지 조정 방법은,
상기 핵융합 반응으로부터 추가적인 중성자를 포획하기 위한 물질을 제어가능하게 블랭킷으로 삽입하고 상기 블랭킷으로부터 제거하는 단계를 포함하는,
핵융합 챔버의 출력 에너지 조정 방법.
In the method of adjusting the output energy of the fusion chamber,
Wherein the fusion chamber in which the fusion reaction takes place comprises a blanket region comprising a first wall positioned to face its central region and comprising a passageway disposed behind the first wall and containing a fluid coolant,
The output energy adjustment method of the fusion chamber,
Controllably inserting and removing material from the blanket to capture additional neutrons from the fusion reaction,
Method of adjusting the output energy of a fusion chamber.
상기 핵융합 반응으로부터 추가적인 중성자를 포획하기 위한 물질을 제어가능하게 블랭킷으로 삽입하고 상기 블랭킷으로부터 제거하는 단계는, 상기 블랭킷 영역 내에서의 삼중수소의 증식을 또한 제어하는,
핵융합 챔버의 출력 에너지 조정 방법.
The method of claim 12,
Controllably inserting and removing material from the blanket to capture additional neutrons from the fusion reaction further controls the proliferation of tritium in the blanket region,
Method of adjusting the output energy of a fusion chamber.
상기 블랭킷 영역은 추가적인 중성자를 포획하기 위한 상기 물질을 위한 구획실을 더 포함하는, 핵융합 챔버의 출력 에너지 조정 방법.
The method of claim 12,
And the blanket region further comprises a compartment for the material to capture additional neutrons.
상기 물질은 주석 또는 가돌리늄을 포함하는, 핵융합 챔버의 출력 에너지 조정 방법.
15. The method of claim 14,
And the material comprises tin or gadolinium.
상기 유체 냉각제는 리튬을 포함하는, 핵융합 챔버의 출력 에너지 조정 방법.16. The method of claim 15,
And the fluid coolant comprises lithium.
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2012
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