KR20190137167A - 중성자 차폐 및 솔레노이드의 결합체 - Google Patents

중성자 차폐 및 솔레노이드의 결합체 Download PDF

Info

Publication number
KR20190137167A
KR20190137167A KR1020197034940A KR20197034940A KR20190137167A KR 20190137167 A KR20190137167 A KR 20190137167A KR 1020197034940 A KR1020197034940 A KR 1020197034940A KR 20197034940 A KR20197034940 A KR 20197034940A KR 20190137167 A KR20190137167 A KR 20190137167A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
neutron
segment
electrically conductive
absorbing material
layer
Prior art date
Application number
KR1020197034940A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102168483B1 (ko
Inventor
폴 누난
마셀 크뤼프
Original Assignee
토카막 에너지 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 토카막 에너지 리미티드 filed Critical 토카막 에너지 리미티드
Publication of KR20190137167A publication Critical patent/KR20190137167A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102168483B1 publication Critical patent/KR102168483B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21B—FUSION REACTORS
    • G21B1/00—Thermonuclear fusion reactors
    • G21B1/05—Thermonuclear fusion reactors with magnetic or electric plasma confinement
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21B—FUSION REACTORS
    • G21B1/00—Thermonuclear fusion reactors
    • G21B1/11—Details
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21B—FUSION REACTORS
    • G21B1/00—Thermonuclear fusion reactors
    • G21B1/05—Thermonuclear fusion reactors with magnetic or electric plasma confinement
    • G21B1/057—Tokamaks
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21B—FUSION REACTORS
    • G21B3/00—Low temperature nuclear fusion reactors, e.g. alleged cold fusion reactors
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F1/00—Shielding characterised by the composition of the materials
    • G21F1/02—Selection of uniform shielding materials
    • G21F1/04—Concretes; Other hydraulic hardening materials
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F1/00—Shielding characterised by the composition of the materials
    • G21F1/02—Selection of uniform shielding materials
    • G21F1/08—Metals; Alloys; Cermets, i.e. sintered mixtures of ceramics and metals
    • G—PHYSICS
    • G21—NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F3/00—Shielding characterised by its physical form, e.g. granules, or shape of the material
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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
    • Y02E30/122—
    • Y02E30/128—

Abstract

토카막 핵융합로의 중심 컬럼을 위한 중성자 차폐부로서, 상기 중성자 차폐부는 전기 전도성 중성자 흡수 재료를 포함한다. 상기 중성자 차폐부는 전기 전도성 중성자 흡수 재료가 토카막 내에서 플라즈마의 개시를 위한 솔레노이드를 형성하도록 배열된다.

Description

중성자 차폐 및 솔레노이드의 결합체
본 발명은 토카막(tokamak) 융합 반응기 분야에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 토카막, 특히 구형태(spherical)의 토카막의 중심 칼럼에 사용하기 위한 중성자 차폐물 및 솔레노이드의 조합에 관한 것이다.
토카막은 강한 원환체(toroidal) 형상의 자기장, 높은 플라즈마 전류 및 일반적으로 큰 플라즈마 부피와 상당한 보조 가열의 조합으로 고온의 안정적인 플라즈마를 제공한다. 이것은 토카막이 융합이 일어날 수 있도록 조건을 생성할 수 있게 한다. 보조적 가열(예를 들어, 고 에너지 H, D 또는 T의 수십 메가와트의 중성 빔 주입을 통한)은 핵융합이 발생하는데 필요한 온도를 충분히 높이거나 플라즈마 전류를 유지하기 위해 필요하다.
문제는 일반적으로 요구되는 큰 크기, 큰 자기장 및 높은 플라즈마 전류 때문에, 설치 비용 및 운용 비용이 높고, 극한 불안정성에서 수천분의 1초에 메가 암페어의 전류를 0으로 감소시키는 '파손'의 위험성을 가지는 자석 시스템 및 플라즈마 모두에 존재하는 큰 저장된 에너지에 대처하기 위해 엔지니어링이 견고해야 한다는 것이다.
기존의 토카막의 도넛 모양의 원환체를 코어 사과 형상(구형의 토카막(ST)의 형상을 가지는 그 한계까지 수축시켜서 이러한 상황이 개선될 수 있었다. 컬햄(Culham)의 START 토카막에서 이 개념을 처음으로 구현한 결과 효율성이 크게 향상되어, 뜨거운 플라즈마를 담아두는 데 필요한 자기장은 10 배나 감소할 수 있었다. 또한 플라즈마 안정성이 개선되고 설치 비용이 절감되었다.
경제적인 발전에 필요한 융합 반응(즉, 전력 투입보다 훨씬 많은 전력 출력)을 얻기 위해, 종래의 토카막은 에너지 제한(confine) 시간(대략 플라즈마 부피에 비례)이 충분히 커져서 플라즈마는 열융합이 발생하도록 충분히 뜨거워질 수 있다.
WO 2013/030554는 중성자 소스 또는 에너지 소스로서 사용하기 위한 소형 구형 토카막의 사용을 포함하는 대안적인 접근법을 설명하고 있다. 구형상의 토카막에서의 낮은 종횡비의 플라즈마 형상은 입자 한정(confine) 시간을 개선하고 훨씬 더 작은 기계에서 순 전력 생성을 허용한다. 그러나, 작은 직경의 중심 칼럼이 필수적이며, 이는 플라즈마 한정 용기 및 관련 자석의 설계에 대한 과제를 제시한다.
토카막 시동의 초기 단계 동안, 한정 용기를 채우는 중성 가스는 이온화되어 플라즈마를 생성해야 한다. "파괴(breakdown)", "형성(formation)"또는 "개시(initiation)"로 알려진 프로세스는 토카막의 환상형으로 감겨진 폴로이드 필드(PF) 코일을 통해 시간에 따라 변화하는 전류를 통과시킴으로써 달성된다. 이러한 시간에 따라 변화하는 전류는 용기 내부에 "루프 전압"을 발생시켜, 충분히 큰 경우, 이러한 용기는 가스가 플라즈마를 분해하고 형성하게 한다. 생성된 루프 전압은 환형체 필드 코일의 위치와 전류의 시간 변화에 따른 함수이다. 용기 내부에서 루프 전압을 생성할 뿐만 아니라, 다른 환상 형상으로 감긴 루프(예를 들어, 플라즈마 또는 한정 용기 벽)에서도 전류가 유도될 것이다.
가장 일반적인 플라즈마 형성 기술은 시간에 따라 변화하는 전류를 전달하고 루프 전압을 생성하기 위해 토카막의 중심 컬럼에 감겨진 솔레노이드를 사용한다. 이 방법은 잘 알려져 있고 신뢰할 수 있으며 대부분의 토카막에서 사용된다. 그러나, 구형상의 토카막의 콤팩트 한 구조는 이 방법의 구현에 문제를 일으키는데, 토러스 중심에 공간이 제한되어 있으며, 이 공간은 토 로이드 필드 코일, 냉각 및 중성자 차폐에 필요하다. 구형상의 토카막의 크기와 효율은 중심 영역의 크기와 관련이 있기 때문에, 솔레노이드가 차지하는 공간은 이 효율에 직접적인 영향을 미친다. MAST 및 NSTX와 같은 현재 구형상의 토카막은 솔레노이드를 사용한다. 그러나 차세대 핵융합 원자로에서 예상되는 중성자 부하 증가는 필요한 추가 차폐로 인해 토카막에 사용되는 설계를 비실용적으로 만들 것이다.
본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결한 중성자 차폐 및 솔레노이드의 결합체를 제공하고자 한다.
제 1 양태에 따르면, 토카막 핵융합 반응기의 중심 컬럼을 위한 중성자 차폐부가 제공된다. 중성자 차폐부는 전기 전도성 중성자 흡수 재료를 포함한다. 중성자 차폐부는 전기 전도성 중성자 흡수 재료가 토카막 내에서 플라즈마의 개시를 위한 솔레노이드를 형성하도록 배열된다.
다른 실시예는 청구 범위 제 2 항 및 그 이하 청구항에 기재되어있다.
본 발명에 따르면, 본 발명은 종래 기술의 문제점을 해결한 중성자 차폐 및 솔레노이드의 결합체를 제공할 수 있게 된다.
도 1 및 도 2는 예시적인 구성에 따른 차폐 세그먼트를 도시한다.
도 3은 도 1 및 2의 세그먼트가 예시적인 구성에 따라 솔레노이드 코일을 형성하도록 어떻게 배열 될 수 있는지를 도시한다.
도 4는 예시적인 구성에 따라 도 1 및 도 2의 세그먼트가 완전한 차폐 층을 형성하도록 어떻게 배열될 수 있는지를 도시한다.
도 5는 예시적인 구성에 따라 서로 겹쳐진 2 개의 이러한 차폐층을 도시한다.
중성자 차폐부를 위해 전도성 재료를 사용하면 중성자 차폐 및 솔레노이드를 단일 장치로 구성할 수 있다. 다시 말해서, 중성자 차폐부는 솔레노이드, 및 플라즈마 개시 전류가 이 솔레노이드를 통해 구동될 수 있도록 제공된 전원의 형태로 구성될 수 있다. 적합한 물질은 전기 전도성(예를 들어, 300K 온도에서 1MS/m 을 초과하는 전도성을 가짐) 및 중성자 흡수성이어야 한다. 중성자 차폐부는 중심 컬럼을 따라 나선형 전류 경로가 존재하여 솔레노이드를 형성하도록 구성될 수 있다. 다수의 차폐 층이 존재하는 경우, 대체층은 상이한 회전 감각을 갖는 나선을 가질 수 있어서, 이러한 층은 종래의 감겨진 와이어 솔레노이드의 층과 유사하게 단일 솔레노이드를 형성하기 위해 상부 및 하부에서 교대로 연결될 수 있다.
이하의 설명은 임의의 토카막의 중심 칼럼에 대한 차폐부에 적용 가능하지만, 구형상의 토카막 설계에 의해 중심 칼럼의 폭에 적용되는 제약으로 인해 구형상의 토카막에 특히 유리하다.
전류 경로를 정의하기 위해 차폐 내에 전기 절연 재료가 제공될 수 있다. 이 절연 재료는 중성자 차폐부 자체일 수 있거나, 중성자 차폐 효과를 제한하거나 갖지 않을 수 있다. 후자의 경우, 플라즈마 챔버에서 중심 컬럼으로의 절연 물질을 통한 "가시선(line of sight)"이 없도록 배열된 다중 중성자 차폐층이 사용되어야 한다(즉, 플라즈마 챔버에서 중심 칼럼으로 이어져서 중성자가 이동하게 되는 직선 경로가 없음). 대안적으로, 중성자 차폐부는 단일 층만이 사용되는 경우에도 가시선이 없도록 구성될 수 있다. 그렇지 않으면, 플라즈마 챔버에 대한 가시선을 갖는 중심 컬럼의 영역은 훨씬 더 높고 잠재적으로 위험한 방사선량을 경험할 것이다.
중성자 차폐부는 나선형 전류 경로를 형성하기 위해 함께 연결된 전기 전도성 중성자 흡수 재료의 여러 세그먼트로 구성될 수 있다. 예를 들어, 이것은 나선의 세그먼트 인 여러 세그먼트를 연결하거나 여러 개의 수평 환형 호 세그먼트를 쌓아서 수행할 수 있으며, 각각은 대략 나선형 경로를 형성하기 위해 연이어 수직으로 연결된다(아래에 설명된 도 3의 예에서 자세히 설명됨).
상기 세그먼트는 체결부에 의해 연결되어 전기적 연결 및 구조적 강성을 제공할 수 있다. 대안적으로, 각각의 구조적 연결 및 전기적 연결을 제공하는 별도의 특징부가 있을 수 있다(예를 들어, 전도성면 사이에 접촉이 되도록 세그먼트를 소정 위치에 유지하는 비전도성 연동 작용 특징부의 세트). 구조적 연결을 제공하는 특징부는 전기 전도성 중성자 흡수 물질의 것보다 큰 전단 강성을 가질 수 있다.
이러한 세그먼트는 세그먼트 사이의 원하지 않는 전기적 접촉을 방지하기 위해 절연층을 가질 수 있거나, 중성자 차폐의 구성 동안 절연 층이 개별적으로 제공될 수 있다. 이러한 세그먼트는 전기 연결을 용이하게 하기 위해 배치된 전기 전도성 중성자 흡수 물질보다 낮은 저항을 갖는 물질을 포함할 수 있다.
예시적인 구성이 이제 설명될 것이다. 그러나, 특히 시멘트된 탄화물을 다양한 형상으로 주조하는 능력에 비추어 볼 때, 많은 다른 구성이 가능하다는 것이 통상의 기술자에게 명백할 것이다.
도 1 및 도 2는 예시적인 구성에 따른 차폐 세그먼트(1)를 도시한다. 차폐 세그먼트는 환형 호를 형성하는 상부 표면(2) 및 하부 표면(3)을 갖고, 차폐 세그먼트는 상부 표면과 하부 표면 사이에서 일반적으로 수직으로 연장되는 측면을 갖는다. 절연층(4)은 나선으로 다음 세그먼트에 연결되는 것을 제외하고는 세그먼트의 상부 표면 및 세그먼트의 단부 표면 중 하나에 제공된다. 다음 세그먼트에 대한 연결은 돌출부(5) 및 대응하는 리세스(6)와 같은 상면의 일측 단부 및 바닥면의 반대측 단부에 위치한 상보적인 체결부를 사용하여 이루어진다. 상기 돌출부(5)는 세그먼트에 추가적인 강성을 제공하기 위해 전기 전도성 중성자 흡수 재료보다 높은 전단 강성을 가진 재료로 형성된다. 대안적으로, 상부 표면 및 하부 표면 모두에서 각각의 세그먼트에 리세스가 제공될 수 있고, 세그먼트를 연결하기 위해 두 리세스 내에 삽입되는 맞춤 또는 유사한 연결부가 제공될 수 있다.
전기 연결은 상부 표면의 전기 전도성 영역(7)을 사용함으로써 달성되며, 이는 절연 물질과 동일한 높이로 연장된다(그렇지 않으면 전기 전도성 중성자 흡수 재료 사이에 절연 층의 두께가 갭이 있을 것이다). 이것은 전기 전도성 중성자 흡수 재료의 연장일 수 있거나, 또는 다른 전기 전도성 재료, 예를 들어, 중성자 차폐부, 예를 들어 구리의 나머지 부분에 더 높은 전도성을 갖는 것의 패치일 수 있다.
도 3은 세그먼트들이 어떻게 솔레노이드 코일을 형성하도록 배열될 수 있고, 각 세그먼트의 돌출부 또는 도웰(5: dowel)이 다음 세그먼트의 보어에 고정되고 대략 나선형 형상을 형성하도록 어떻게 배열되는지를 도시한다. 원호 각도가 180°보다 약간 작은 도 4에 도시된 바와 같이, 각각의 별도의 나선을 형성하는 2 개의 "시리즈" 세그먼트1a 및 1b 를 구비함으로써 완전한 차폐층이 제공된다. 도 4는 또한 세그먼트가 중심 컬럼의 크리오스탯(cryostat: 8) 주위에 배열되는 방법을 보여준다.
절연층을 통한 가시선이 존재하게 되는 것을 방지하기 위해, 차폐 세그먼트의 제2층(12)은 도 5에 도시된 바와 같이 제1층(11) 상에 오버레이될 수 있다. 제2층의 세그먼트는 제1층의 세그먼트의 외부 반경에 대응하거나 그보다 약간 더 큰 내경을 가지며, 제2층의 세그먼트의 상보적인 체결부는 제1층의 그것과 비교하여 상하 표면의 대향 단부에 제공된다. 이는 제2층이 제1층 주위를 감싸도록 허용하고, 제2층이 반대 회전 감각으로 권취되도록 한다. 이와 같이, 제1층 및 제2층은 단일 솔레노이드를 형성하기 위해 상부 또는 하부에 연결될 수 있다. 대안적으로, 제2층은 동일한 방식으로 권취되고 나란하게 연결될 수 있다. 제2층은 절연층을 통한 임의의 가시선을 피하기 위해 제1층으로부터 축 방향 및 회전 방향으로 오프셋 된다.
전기 전도성 중성자 흡수 재료에는 몇 가지 가능성이 있다. 이전의 연구는 시멘트된 탄화물, 붕소화물 또는 붕소 탄화물, 예를 들어 중성자 차폐 물질로서 텅스텐 카바이드(WO 2016/009176 A1 참조)의 적합성을 보여주었다. 이들 물질은 전기 전도성이다(금속 결합재 및 종종 탄화물/붕소 응집체가 전도성이기 때문). 시멘트된 탄화물은 탄화물 입자가 응집체로 작용하고 금속 바인더가 매트릭스로 작용하는 금속 매트릭스 복합재이다. 시멘트된 탄화물은 소결 공정에 의해 형성되는데, 이 과정에서 재료는 바인더가 액체이지만 탄화물 입자는 고체로 남아있는 지점까지 가열된다. 이에 의해 탄화물 입자가 액체 결합재에 매립되어 고정된다. 이는 탄화물 또는 결합재 단독에 비해 우수한 품질을 갖는 재료를 생성한다. 연성 바인더는 탄화물 세라믹의 자연 취성을 상쇄시키고, 탄화물 입자는 결과물인 복합재를 바인더 단독보다 훨씬 더 단단하게 만든다. 금속 결합재로 인해, 시멘트된 탄화물은 일반적으로 열전도율이 높기 때문에 불균일한 가열로 인한 재료의 열응력을 줄이다. 시멘트된 탄화물 또는 붕소화물의 선형 열팽창 계수는 일반적으로 4 ~ 5 x 10-6 범위이다. 시멘트 처리된 재료는 또한 스퍼터링(에너지 입자에 의해 재료의 외부 표면의 절제)에 저항성이 있다. 예를 들어, 시멘트된 텅스텐 탄화물은 일반적으로 순수한 텅스텐의 스퍼터링 속도의 1/4을 갖는다.
시멘트된 붕소화물은 동일하지만 탄화물이 아닌 붕소 입자를 응집체로 사용한다. 붕소화 탄화물 입자도 사용될 수 있다.
탄화물/붕소화물 및 결합재의 선택은 반응기의 조건에 따라 결정될 것이다. 높은 중성자 플럭스를 견딜 필요가 있기 때문에 중성자 노출로 인해 방사성이 될 수 있는 코발트 및 니켈과 같은 많은 원소와 동위 원소의 사용을 막게 된다. 높은 자기장은 강자성 물질을 사용할 때 그 결과적인 힘이 반응기에 큰 응력을 야기하기 때문에 구조적인 고려 사항을 고려해야 한다. 탄화물의 선택에 대해서도 비슷한 고려 사항이 발생한다. 또한, 재료는 물론 차폐부 뒤의 구성 요소에 도달하는 중성자의 플럭스를 줄일 수 있어야 한다. 탄소는 원래 조절자 역할을 함으로써 핵분열 중성자를 느리게 하여 사용되는 다른 원소에서 더 큰 선택의 자유를 허용한다(왜냐하면 많은 원소가 빠른 중성자보다 느린 중성자의 효과적인 흡수제이기 때문이다). 붕소-10은 효과적인 중성자 흡수재이다.
중성자 흡수가 유리하고 기계적 특성이 연구되었으므로, 탄화물의 유망 후보는 텅스텐 붕소 및 붕소 탄화물이며, 이들은 붕소의 중성자 흡수재와 탄소의 조절 특성을 결합하게 된다. 재료의 구조적 특성 및 중성자 특성의 균형을 맞추기 위해 다중 탄화물이 사용될 수 있다. 또한, 탄화물 이외에도 다른 물질이 시멘트된 물질에 첨가될 수 있으며, 예를 들어 붕소가 차폐부 내로 붕소를 도입하기 위해 또는 그 반대로 차폐부로부터 붕소를 도입해내기 위해 붕소가 주로 탄화물 복합체에 첨가될 수 있다. 시멘트된 텅스텐 탄화물에 텅스텐 붕소를 첨가하면 내식성을 향상시킬 수 있습니다. 사용될 수 있는 붕소화 탄화물은 텅스텐 보로 카바이드, 특히 3원 텅스텐 붕소화 탄화물을 포함한다. 물질에 첨가될 수 있는 다른 물질은 산화물 및 질화물을 포함하고, 예를 들어 물질의 구조적 특성을 개선시키기 위해 티타늄 질화물이 첨가될 수 있다.
텅스텐 탄화물 또는 텅스텐 붕소화 탄화물에 대한 다른 대안은 주기율표의 제6주기(또는 그 이후)에 해당하는 원소의 붕소화물 및/또는 탄화물을 포함한다. 원소의 녹는점은 제6주기에 걸쳐 증가하여 그룹 6(텅스텐)에서 정점에 도달한다. 따라서 주요 후보 원소는 하프늄, 탄탈륨, 텅스텐 및 레늄이다. 백금 금속은 이론적으로 중성자 차폐에 적합할 수 있지만, 오스뮴 화합물은 독성이 높고, 이리듐 및 백금의 엄청나게 높은 비용 때문에 덜 유용하다고 여겨진다. 레늄은 또한 매우 비싸고 매우 희소하다. 가장 가능성이 높은 후보는 하프늄, 탄탈륨 및 텅스텐이다. 이중 텅스텐(화합물 포함)은 가장 저렴하고 가장 널리 사용되며 분말 방식으로 쉽게 처리할 수 있다.
다른 적합한 차폐 물질은 주기율표의 제6주기의 순수한 금속, 및 전기 전도성 바인더를 함유하는 복합재 및 이러한 금속의 비전도성 화합물을 함유하는 응집체를 포함하여 이들 금속을 함유하는 합금 또는 화합물을 포함한다.
4: 절연층 5: 돌기
6: 리세스 7: 영역
11: 제1층 12: 제2층

Claims (22)

  1. 토카막 중성자 핵융합 반응기의 중심 칼럼에 대한 중성자 차폐부로서,
    상기 중성자 차폐부는 전기 전도성 중성자 흡수 물질을 포함하되,
    상기 중성자 차폐부는 전기 전도성 중성자 흡수 물지리 토카막 내에서 플라즈마를 개시하기 위한 솔레노이드를 형성하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 중성자 차폐부.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 중성자 차폐부는 전기 전도성 중성자 흡수 물질에 의해 형성된 솔레노이드의 권취부를 분리하도록 배치된 전기 절연 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 중성자 차폐부.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 중성자 차폐부는 핵융합 반응기 및 중심 칼럼의 작동시에 상기 플라즈마의 위치 사이에서 임의의 직선 경로가 중성자 흡수 물질을 통과하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 중성자 차폐부.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 중성자 차폐부는 방사상으로 배치된 다수의 층으로부터 형성되며, 각각의 층은 다수의 층의 다른 층에서 중성자 흡수 물질의 캡을 커버하도록 배치된 중성자 흡수 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 중성자 차폐부.
  5. 제 4 항에 있어서,
    각각의 층은 반대 권취 방향을 가지는 교호적 층으로써 솔레노이드를 형성하도록 되며, 인접한 층은 상기 층의 상부 또는 하부에서 연이어 연결된 것을 특징으로 하는 중성자 차폐부.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 중성자 차폐부는 전기 전도성 중성자 흡수 물질의 다수의 아치형 세그먼트로 구성되며, 상기 세그먼트는 실질적으로 나선의 전류 경로를 제공하도록 연결되는 것을 특징으로 하는 중성자 차폐부.
  7. 제 6 항에 있어서,
    각각의 세그먼트는 세그먼트의 일면의 일측 단부에 제 1 체결부, 및 상기 세그먼트의 반대편 면의 반대편 단부에 상보적인 제 2 체결부를 포함하되, 상기 세그먼트는 제 1 세그먼트의 제 1 체결부와 후속 세그먼트의 제 2 체결부를 연결하여 연결되는 것을 특징으로 하는 중성자 차폐부.
  8. 제 7 항에 있어서,
    제 1 세그먼트의 상부 아치형 표면의 일측 단부는 체결부에 의해 후속 세그먼트의 하부 아치형 표면의 반대편 단부에 연결되는 것을 특징으로 하는 중성자 차폐부.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 체결부는 돌출부이며, 상기 제 2 체결부는 상보적인 리세스인 것을 특징으로 하는 중성자 차폐부.
  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 체결부는 도웰(dowel)이며, 상기 제 2 체결부는 상보적인 보어인 것을 특징으로 하는 중성자 차폐부.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 체결부는 상기 전기 전도성 중성자 흡수 물질보다 큰 전단 강성을 가지는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 중성자 차폐부.
  12. 제 7 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 체결부 및 제 2 체결부 중 적어도 하나는 상기 전기 전도성 중성자 흡수 물질보다 큰 전기 전도성을 가진 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 중성자 차폐부.
  13. 제 7 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 세그먼트는 후속 세그먼트와 접촉하는 전기적 접촉 영역과, 각각의 세그먼트의 전기적 접촉 영역을 통하여 세그먼트 간의 하나의 연결부만이 형성되도록 배치된 절연 물질층을 포함하는 것을 특징으로 하는 중성자 차폐부.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 전기적 연결 영역은 상기 전기 전도성 중성자 흡수 물질보다 큰 전기 전도성을 가지는 재료로 형성되는 것을 특징으로 하는 중성자 차폐부.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 전기적 연결 영역은 금속, 선택적으로는 구리로 형성된 패치를 포함하는 것을 특징으로 하는 중성자 차폐부.
  16. 제 6 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 세그먼트는 단부를 연결하는 2개의 원형 호 및 선에 의해 형성된 상부 표면 및 하부 표면을 가지되, 상기 원형 호는 공통의 각 및 중심을 가지며, 각각의 세그먼트는 상부 표면 및 하부 표면 사이에서 수직하게 연장되는 측면을 구비하는 것을 특징으로 하는 중성자 차폐부.
  17. 제 16 항에 있어서,
    각각의 원형 호의 각은 180도 미만이며, 상기 세그먼트는 2개 이상의 나선 전류 경로를 제공하도록 된 것을 특징으로 하는 중성자 차폐부.
  18. 제 6 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세그먼트는 2개의 층에 배치되되, 제 2 층은 제 1 층에 대하여 반경 외측 방향으로 배치되며, 제 1 층으로부터 축방향 및 회전 방향으로 배치되어, 상기 액융합 반응기 및 중심 칼럼의 작동시에 플라즈마의 위치 사이에서의 임의의 직선 경로는 중성자 차폐부를 통과하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 중성자 차폐부.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 전도성 중성자 흡수 물질은 결합재 및 응집체를 포함하는 시멘트된 탄화물 및 붕소화물 중 적어도 하나이며, 상기 응집체는 탄화물 화합물 및 붕소화물 화합물 중 적어도 하나의 하나를 포함하며, 상기 결합재는 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 중성자 차폐부.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 응집체는,
    텅스텐 탄화물,
    텅스텐 붕소화물,
    3원 텅스텐 붕소화탄화물 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 중성자 차폐부.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 전도성 중성자 흡수 물질은 300K 온도에서 106 S/m 를 초과하는 전기 전도성을 가지는 것을 특징으로 하는 중성자 차폐부.
  22. 제 1 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기 전도성 중성자 흡수 물질은 주기율표의 제 6 주기의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 중성자 차폐부.
KR1020197034940A 2017-04-26 2018-04-23 중성자 차폐 및 솔레노이드의 결합체 KR102168483B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GBGB1706648.1A GB201706648D0 (en) 2017-04-26 2017-04-26 Combined neutron shield and solenoid
GB1706648.1 2017-04-26
PCT/GB2018/051055 WO2018197846A1 (en) 2017-04-26 2018-04-23 Combined neutron shield and solenoid

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190137167A true KR20190137167A (ko) 2019-12-10
KR102168483B1 KR102168483B1 (ko) 2020-10-21

Family

ID=58795737

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197034940A KR102168483B1 (ko) 2017-04-26 2018-04-23 중성자 차폐 및 솔레노이드의 결합체

Country Status (9)

Country Link
US (1) US10847269B2 (ko)
EP (1) EP3616216B1 (ko)
JP (1) JP7210469B2 (ko)
KR (1) KR102168483B1 (ko)
CN (1) CN110574122B (ko)
CA (1) CA3061310A1 (ko)
GB (1) GB201706648D0 (ko)
RU (1) RU2715749C1 (ko)
WO (1) WO2018197846A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN212434267U (zh) * 2020-02-04 2021-01-29 中国海洋石油集团有限公司 一种放射性源库

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090025382A (ko) * 2006-06-30 2009-03-10 홀텍 인터내셔날, 인크. 하이레벨 폐기물을 저장하기 위한 장치, 시스템 및 방법
GB2528272A (en) * 2014-07-15 2016-01-20 Tokamak Energy Ltd Shielding materials for fusion reactors

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3736539A (en) * 1972-04-18 1973-05-29 Atomic Energy Commission Moment-free toroidal magnet design
DE2412775A1 (de) * 1974-03-16 1975-09-18 Interatom Absorberelement fuer kugelhaufenreaktoren
US4166760A (en) * 1977-10-04 1979-09-04 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Plasma confinement apparatus using solenoidal and mirror coils
JPS6266190A (ja) * 1985-09-19 1987-03-25 株式会社東芝 核融合装置の中性子遮蔽体構造
JPH09113660A (ja) * 1995-10-18 1997-05-02 Hitachi Ltd 核融合炉
JP3313624B2 (ja) * 1997-08-22 2002-08-12 株式会社日立製作所 沸騰水型原子炉用制御棒の製造方法
US7213325B2 (en) * 2004-02-03 2007-05-08 Board Of Regents, University Of Houston Method of manufacturing Fe-sheathed MgB2 wires and solenoids
JP4742225B2 (ja) * 2004-11-22 2011-08-10 株式会社間組 耐熱中性子遮蔽体及び中性子遮蔽方法
JP4660308B2 (ja) 2005-07-25 2011-03-30 株式会社東芝 ソレノイドコイル装置
CN1925074B (zh) * 2005-08-29 2010-08-11 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 电感耦合线圈及其电感耦合等离子体装置
CN1852631A (zh) * 2005-12-08 2006-10-25 北京北方微电子基地设备工艺研究中心有限责任公司 多螺线管等离子体源
CN200969335Y (zh) * 2006-11-08 2007-10-31 北京实力源科技开发有限责任公司 一种等离子体源
GB2494185A (en) 2011-09-02 2013-03-06 Tokamak Solutions Uk Ltd A spherical tokamak with toroidal field magnets made from high-temperature superconductor
RU2014112696A (ru) * 2011-09-02 2015-10-10 Токемек Энерджи Лтд Эффективный компактный реактор ядерного синтеза
RU2522580C2 (ru) 2012-07-31 2014-07-20 Российская Федерация в лице Открытого акционерного общества "Российский концерн по производству электрической и тепловой энергии на атомных станциях" (ОАО "Концерн Росэнергоатом") Термостойкий нейтронозащитный материал
GB2510447B (en) * 2013-09-13 2015-02-18 Tokamak Energy Ltd Toroidal field coil for use in a fusion reactor
RU2561989C1 (ru) 2014-07-17 2015-09-10 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС" Радиационно-защитный материал на полимерной основе с повышенными рентгенозащитными и нейтронозащитными свойствами
GB2529412A (en) * 2014-08-18 2016-02-24 Tokamak Energy Ltd Hybrid magnet for use in fusion reactors
CN105244067B (zh) * 2015-08-25 2017-08-25 中国科学院合肥物质科学研究院 一种高密度和大中子吸收截面的反应堆屏蔽层组件
EP3353791A4 (en) 2015-09-22 2019-04-17 1994680 Alberta Ltd. MAGNETIC COMPRESSION SUPPORTED FUSION

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090025382A (ko) * 2006-06-30 2009-03-10 홀텍 인터내셔날, 인크. 하이레벨 폐기물을 저장하기 위한 장치, 시스템 및 방법
GB2528272A (en) * 2014-07-15 2016-01-20 Tokamak Energy Ltd Shielding materials for fusion reactors

Also Published As

Publication number Publication date
RU2715749C1 (ru) 2020-03-03
US10847269B2 (en) 2020-11-24
US20200135343A1 (en) 2020-04-30
CN110574122B (zh) 2021-05-14
CA3061310A1 (en) 2018-11-01
CN110574122A (zh) 2019-12-13
EP3616216B1 (en) 2021-04-14
JP7210469B2 (ja) 2023-01-23
JP2020517950A (ja) 2020-06-18
GB201706648D0 (en) 2017-06-07
WO2018197846A1 (en) 2018-11-01
KR102168483B1 (ko) 2020-10-21
EP3616216A1 (en) 2020-03-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20200176132A1 (en) Shielding materials for fusion reactors
Panek et al. Conceptual design of the COMPASS upgrade tokamak
US11227693B2 (en) Hohlraum used as a single turn solenoid to generate seed magnetic field for inertial confinement fusion
Kuroda et al. Initial results from solenoid-free plasma start-up using transient CHI on QUEST
US3491318A (en) Baseball seam magnet with variable magnetic field
Cox et al. The mega amp spherical tokamak
EP3183732B1 (en) Hybrid magnet for use in fusion reactors
EP3747024B1 (en) Improved central column designs for tokamaks
US20200168350A1 (en) Plasma confinement system and methods for use
KR102168483B1 (ko) 중성자 차폐 및 솔레노이드의 결합체
US10580535B2 (en) Tokamak with poloidal field coil arrangement for double null merging ignition, method therefor and nuclear fusion reactor with the same
WO2021208117A1 (zh) 保持高性能等离子体的装置和方法
KR20060105402A (ko) 핵융합 촉진 방법 및 이를 이용한 핵융합 장치
Marks Synchrotron radiation sources
Trinks Exotic cyclotrons: future cyclotrons
Pronskikh et al. Radiation and thermal analysis of production solenoid for Mu2e experimental setup
Ivanyushenkov A concept of a universal superconducting undulator
Jayakumar et al. The Next Generation: Supersynchrotrons

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
A302 Request for accelerated examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant