JPH01250892A - 核融合装置の第一壁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は核融合装置の第一壁に係り、特に冷却基板、保
護板、及び受熱板からなる多重構造とすることにより、
万一受熱板が離脱するような事態が発生しても、冷却基
板の健全性の維持を図ることができるものに関する。

（従来の技術） 核融合装置は真空容器内に高ｉｎのプラズマを磁場で封
じ込めた構成となっており、上記真空容器の表面はプラ
ズマから多大な熱負荷及び粒子負荷を受ける。例えば現
在使用されている核融合実験炉では、通常運転時の熱負
荷は３０Ｗ／ｃ−程度であるが、プラズマが異常消滅す
る場合には、１５ｍ５という短い時間の間に、２００Ｊ
／ｃ−という大きな熱負荷がある。かかる熱負荷から真
空容器を保護する為に、真空容器とプラズマとの間に第
一壁を設置している。

そこで、第６図を参照して第１の従来例によるの第一壁
の構成を説明する。第６図は第一壁の構造を示す断面図
であり、図中符号１は冷却基板で〉ｂ ある。この冷却基板１には受熱板２が蕾金的に接合され
ている。図示しないプラズマからの熱は図中矢印３で示
す方向から伝わり、上記受熱板２を介して熱伝導により
冷却基板１に伝達される。

又、上記冷却基板１には冷却材流路４が形成されており
、この冷却材流路４内を流通する冷却材により上記伝達
された熱は系外に除去される。又、冷却基板１としては
オーステナイト系ステンレス鋼が使用され、受熱板２は
グラファイトとして設計されている。

かかる構成をなす第−璧の場合には次のような問題があ
る。

まず第１の問題は、プラズマ異常消滅時の熱負荷によっ
て受熱板２にクラックが生じそれに起因して受熱板２が
離脱するような事態が発生する場合があるが、その場合
に冷却基板１がプラズマに直接面することになってしま
うことである。受熱板２の離脱によって受熱面表面が他
の第一壁に比べて冷却基板１側に引込まれ、その分だけ
プラズマ異常消滅時の上記離脱部への入熱が他の部分に
比較して減少することが期待されはするものの、冷却基
板１の損ｉ４れに伴う冷却材の真空容器内への漏洩は十
分に懸念されるところである。

第２の問題は上述したような受熱板２の離脱を発見する
べく受熱板の状態を監視する必要があるが、そのような
監視が極めて困難であることが上げられる。例えば実験
炉をみるとそこに使用されている受熱板２の数は１００
００〜２００００枚にも及び、その様な多数の受熱板２
を常時監視することは極めて困難である。

）芭 熱板２の金的接合は接合部をある時間高温に保持する必
要があり′、真空容器内でそのような状態を形成するこ
とは無理であり、よって真空容器内での補修は不可能で
ある。したがって補修を行なう為には、装置の分解が必
要となり、多大な日数及び手間を要してしまうという問
題がある。

次に第７図及び第８図を参照して第２の従来例による第
一壁の＋１が成を説明する。この従来例は受熱板２を冷
却基板１に機械的に接合したものであり、まず冷却基板
１には座５がボルト６により取付けられている。そして
この座５に受熱板２をボルト７により取付けている。

上記構成によると、前記最初の従来例のように冶金的接
合方法を採用していないので、取付はボルト７を適宜外
すことにより、受熱板２を冷却基板〕から容易に外すこ
とができ、その結果真空容器内での受熱板２の交換作業
が可能になる。

しかしながら、この場合にも受熱板２の監視が必要であ
ることには変わりなく、又、別の問題が生じてしまう。

すなわち冷却基板１への熱の伝達を考察すると、座５が
ある部分については熱伝導り、それに起因して熱応力の
発生、さらには変形が懸念される。

（発明が解決しようとする課題） このように従来の構成にあっては、受熱板の離脱により
冷却基板の健全性が損われるという問題があり、かつ受
熱板の監視が困難であるとともに、その交換作業も容易
ではなく、交換を容易にするべく機械的結合方式を採用
した場合には伝熱の違いにより別の問題が発生してしま
うという不具合があった。

本発明はこのような点に基づいてなされたちのでその目
的とするところは、万一受熱板が離脱するような事態が
発生しても、冷却基板の健全性を確実に維持することが
できる核融合装置の第一壁を提供することにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するべく、本願発明による核融合装置の
第一壁は、冷却材が流通する冷却材流路を内部に備えた
冷却基板を設け、この冷却基板上 のプラズマ側の面に保護板を冶金的に接合し、さ芯 らにこの保護板の上記プラズマ側に受熱板を蕾金的又は
機械的に接合したことを特徴とするもので又は機械的に
取付けられるものであり、機械的取付は構造の代表例と
してはボルト等のねじ類による固定構造がある。このよ
うなねじ類により固定する場合には、その取付部の保護
板及び受熱板の板厚を薄くして、ねじ類を締結した場合
にその上端面が受熱板の通常板圧部の面より突出しない
ようにすることも考えられ、それによってプラズマから
ねじ類に与えられる熱負荷を軽減する。又、上記熱負荷
の軽減効果を高める為に、ねじ類の頭部に保護カバーを
被嵌する構成も考えられる。

又、本願発明が各構成の材質を特に限定するものでない
ことは勿論であるが、受熱板の材質としては、炭素繊維
強化炭素複合材（Ｃａｒｂｏｎ　Ｉ’１ｂｅｒｒｅｉｎ
ｆｏｒｃｅｄ　ｃａｒｂｏｎ　ｅｏＩｎｌ）ＯＳＩｔＯ
％以下ｃ　／　ｃコンポジットという）が最も好ましい
。このＣ／Ｃコンポジットを採用した場合には受熱板の
離脱の確率を大幅に低減させることができる。

又、機械的接合構造として上記ねじ類を使用した場合に
その締結力を高めるべく、上記保護板の一部を金属材料
からなる取付座として冷却基板に接合し、この取付座に
ねじ類をねじこむ構成も考えられる。

そして、これらが全て本願発明の範囲内のものであるこ
とは言うまでもないことであり、実施例としてはそのい
くつかを最も代表的な例として示すものである。

（作用） 万一受熱板にクラックが発生して、離脱するような事態
が発生しても、冷却基板は保護板により覆われていて、
その健全性は確実に維持されているので、核融合装置と
しての運転はそのまま継続され、同等影響を及ぼすもの
ではない。

漬 又、保護板は冷却基板に対して盲金的に接合されている
ので、保護板から冷却基板への熱伝達は全て熱伝導であ
り、よって熱伝達の手段の相違に起因した温度の不均一
はないものである。

（実施例） 以下第１図を参照して本発明の一実施例を説明する。第
１図は本実施例による第一壁の構成を示す断面図であり
、図中符号１０１は冷却基板である。この冷却Ｊ、Ｕ、
１Ｎ１０１には冷却材流通用の流路１０２が形成されて
いる。上記冷却基板１０１〉宣 には保護板１０３が盲金的に接合されている。この保護
板１０３には受熱板１０４を機械的に固定するための雌
ねじ部１０５が形成されている。またこの雌ねじ部１０
５が形成されている部分は他の部分に比べて薄肉となっ
ている。

保護板１０３には上記受熱板１０４がボルト１０６によ
り座金１０７を介して固定されている。

上記ボルト１０６がねしこまれる部分の受熱板１０４も
薄肉となっている。そしてボルト１０６をねしこんだ状
態てはボルト１０６の上端面が受熱板１０４の面よりも
窪むようになっている。これはプラズマ異常消滅時のプ
ラズマからのボルト１０６に対する熱負荷を低減する為
である。

次に各部材の材質であるが、まず冷却基板１０１はオー
ステナイト系ステンレス鋼であり、保護板１０３はグラ
ファイトである。又、受熱板１０４とボルト１０６はＣ
／　Ｃコンポジットである。このＣ／　Ｃコンポジット
の繊維の織りかたとしては二次元織りが一般的であり、
繊維の織っである方向に対する強度が高いことが特徴で
ある。

そして、受熱板１０４の表面に平行な方向に繊維の織り
方向を指向させて使用すると、受熱板１０４の板厚方向
の強度が表面に平行な方向の強度に比べて小さい為に、
クラックは表面に平行な方向に進展しやすい。すなわち
、受熱板１０４の板厚方向に貫通するクラックは発生し
にくい状態となる。これによって受熱板１０４の離脱現
象を抑制するものである。

上記構成によると以下のような効果を奏することができ
る。

まずプラズマ異常消滅時の高熱負荷によって受熱板１０
４にクラックが発生してそれが進展しても、脱落するの
は受熱板１０４のみであって、冷却基板１０１は保護板
１０Ｂにより覆われているので、その健全性は確実に維
持され、装置としての運転はそのまま継続して行なうこ
とができる。

七 又、保護板１０３は冷却基板１０１に金的に接合されて
おり、よって保護板１０３から冷却基板１０１への熱の
伝達は全て熱伝導である。したがって熱の伝達手段の相
違に起因した不均一な温度分布をなくすことができ、こ
れによっても冷却基板１０１の健全性の維持を図ること
ができる。

又、受熱板１０４及びボルト１０６としてはＣ／　Ｃコ
ンポジットを使用しており、かっ受熱阪１０４の表面に
平行な方向に繊維の織り方向を指向させているので、受
熱板１０４の板厚方向に貫通するクラックが発生しにく
い状態となっている。

そのため受熱１１ｉ１０４の離脱現象が効果的に抑制さ
れるものである。

又、受熱板１０４はボルト１０６を使用した機械的取付
は構造により取付けられているので、万一破損したよう
な場合にもその交換が容品であり、沿 冶金的接合ではないので真空容器内で交換作業を行なう
ことができる。

又、受熱板］０４の離脱の隔離が大幅な低下したので、
受熱板１０４の監視も軽減されることになる。

さらに、保護板１０３及び受熱板１０４のボルト１０６
による取付は部を他の部分より薄肉として、ボルト１０
６をねしこんだ状態でボルト１０６の上端面が受熱板１
０４の面より窪むようにしているので、プラズマ異常消
滅時におけるプラズマからのボルト１０６に対する熱負
荷は大幅゛に軽減され、その健全性の維持を効果的に図
ることができる。

次に第２図を参照して第２の実施例を説明する。

この第２の実施例は受熱板１０４を保護板１０３〉も に冶金的に接合したものであり、その他の構成は前記第
１の実施例と同様でありその説明は省略する。

この第２の実施例の場合にも、仮に受熱板１０４にクラ
ックが発生して離脱するような事態が発生しても、冷却
基板１０１は保護板１０３により覆われているので、そ
の健全性は確実に維持されることになり、装置としての
運転は継続される。

又、受熱板１０４自体がその材質の特性から離脱しにく
い構成となっており、それによって受熱板１０４の監視
が軽減されることも前記第１の実施例と同様である。

次に第３図及び第４図を参照して第３の実施例を説明す
る。この第３の実施例は前記第１の実施例にボルト１０
６を保護するカバー１１１を取付けたものである。すな
わち、取付はボルト１０６は、プラズマ異常消滅時にプ
ラズマから受ける熱負荷を軽減させるべく、その上端面
を受熱板１０４の面より更に窪ませている。この実施例
は、その状態でボルト１０６の頭部にカバー１１１を装
着して、プラズマからボルト１０６に与えられる熱負荷
を更に軽減させんとするものであり、それによってボル
ト１０６の健全性の維持はもとより、受熱板１０４ひい
ては冷却基板１０１に与える影響を効果的に軽減するも
のである。上記カバー１１１の取付けは、まずカバー１
１１をボルト１０６の頭部に被嵌し、その状態で４５″
回転させる。それによってカバー１１１はボルト１０６
に固定されることになる。

以上この第３の実施例によると、前記第１の実施例と同
様の効果を奏することはもとより、ボルト１０６の頭部
にカバー１１１を取付けてこれを保護する構成を採用し
ているので、ボルト１０６の健全性の維持を効果的に図
ることができるとともに、ひいては受熱板、冷却基板１
０１の健全性の維持につながる。

次に第５図を参照して第４の実施例を説明する。

この第４の実施例はボルト１０６のねじこみ位置に金属
材料からなる取付は座１１２を配置したち保護板１０３
が配置されている。その他の構成は前記第１の実施例と
同様であり、その説明は省略する。

したがって前記第１の実施例と同様の効果を奏し得るこ
とはもとより、ボルト１０６をねじこむ対象を金属材料
からなる取付は座１１２としたので、より強大な締結力
を提供することができる。

これによって受熱板１０４の離脱防止をさらに効果的に
図ることができる。

［発明の効果コ 以上詳述したように、本発明による核融合装置の第一壁
によると、受熱板が万一離脱するようなことがあっても
、冷却基板の健全性は確実に維持され、装置としての運
転を継続して行なうことができるとともに、保護板が冷
却基板に冶金的に接合されているので、保護板から冷却
基板への熱の伝達は全て熱伝導となり、熱の伝達手段の
相違に起因する不均一な温度分布をなくすことができ、
それによっても冷却基板の健全性の維持を図ることがで
きる等その効果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による第一壁の構成を示す断
面図、第２図は第２の実施例による第一壁の構成を示す
断面図、第３図及び第４図は第３の実施例を示す図で、
第３図は第一壁の断面図、第４図は第３図のＩＶ−ＩＶ
矢視図、第５図は第４の実施例を示す第一壁の断面図、
第６図は第１の従来例による第一壁の断面図、第７図及
び第８図は第２の従来例を示す図で、第７図は第一壁の
断面図、第８図は第７図の■−■矢視図である。 １０１・・・冷却基板、１０２・・・冷却材流路、１０
３・・・保護板、１０４・・・受熱板、１０６・・・ボ
ルト。 出願人代理人　　弁理士　鈴江武彦 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　核融合装置のプラズマ真空容器内に設けられ、プラズ
   マの熱負荷あるいは粒子負荷より真空容器を保護する核
   融合装置の第一壁において、冷却材が流通する冷却材流
   路を内部に備えた冷却基板と、この冷却基板のプラズマ
   側の面に冶金的に接合された保護板と、この保護板の上
   記プラズマ側に冶金的又は機械的に接合された受熱板と
   を具備したことを特徴とする核融合装置の第一壁。