JPH03218497A - 核融合炉第1壁の製作方法 - Google Patents

核融合炉第1壁の製作方法

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JPH03218497A
JPH03218497A JP2012628A JP1262890A JPH03218497A JP H03218497 A JPH03218497 A JP H03218497A JP 2012628 A JP2012628 A JP 2012628A JP 1262890 A JP1262890 A JP 1262890A JP H03218497 A JPH03218497 A JP H03218497A
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Kensuke Mori
憲介 毛利
Takeshi Yamada
猛 山田
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

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  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

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】 [産業上の利用分野] 本発明は、核融合炉においてプラズマを囲繞して配設さ
れる第1壁の製作方法に関するものである。
[従来の技術] 東3〜8図は従来技術の例を示す。まず第3〜4図は第
1の従来技術の例として特開昭60−227986号公
報に記載された部材接合方法で、第3図は間隔密に並設
した断面方形の複数の中空部材とその周側面および両端
面に配設したシール用板状部材との接合時の横断面図、
第4図は第3図における中空部材端部の一部拡大斜視図
である。
次に第5図は第2の従来技術の例で、特開昭60−86
484号公報に記載された核融合装置の第1壁の構造を
示し、比較的広い間隔を有して並設した複数の断面方形
の冷却管群と、その表面および裏面に板状部材を接合し
た核融合炉第1壁の横断面図である。第6図は第3の従
来技術の例で特開昭60−157072号公報に記載さ
れた核融合炉の炉心構造材のトリチウム透過防止構造で
、プラズマに面する表面と冷却材流路との間の空間に、
液体金属層とブレナム部とを構設すると共に、ブレナム
炉心側の表面にトリチウム透過性隔膜を設けた炉心構造
材の縦断面図である。更に第7〜8図は第4の従来技術
の例で特公平1−33349号公報に記載された積層材
の製造方法で、第7図は相対抗して配置した板状体内に
パイプを介設した金属粉末を充填して熱間静水圧処理に
よって製造した積層材の横断面図、第8図は第7図の斜
視外観図である。第3〜8図において、5lは貫通孔、
52は中空部材、53.54.56はシール材、55は
窓部、57は気密シール部、6lは熱・粒子負荷、62
は表面板、63は冷却管、64は裏面板、71はプラズ
マ側の壁、72は冷却材、73は冷却材通路、74は液
体金属層、75は液体金属、76はブレナム部、77は
透過性隔膜、81.81−は板状体、82は金属粉末層
、83はシール材、84は溶接ビード、86は貫通孔、
87は積層材、88はパイプである。
まず第3〜4図に示す第1の従来技術例において、断面
方形でその内方に断面方形の貫通孔51を有する比較的
長尺の中空部材52を複数準備し、互いにその側面を接
触させた状態で配置するとともに、その上下両面および
両側面にプレート状のシール材53.53、54.54
を配置し、その両端面に複数の窓部55を有するプレー
ト状のシール材56.56を配置して上記各シール材5
3、54、56同士の各接触部およびシール材56の窓
部55周囲をそれぞれ電子ビーム溶接し、これらシール
材53、54、56によって囲まれた部分を真空状態と
すると共に、この部分を溶接ビードによって気密的にシ
ールする。ついで上記部材全体に熱間静水圧処理(例え
ば、1000〜2000℃、1000〜2000 kg
f/cm’)を施す。この結果各接合部、すなわち互い
に接触する中空部材52の各側面間および中空部材52
の側面と各シール材53、54、56の接触面との間は
冶金的に接合され、複数の貫通孔を有する部材を一体的
に形成することが可能になる。
次に第5図に示す第2の従来技術例において、核融合炉
内のプラズマに面する側にはステンレス鋼等の低原子番
号材料からなる表面板62が設けられ、その裏側には長
方形断面の冷却管63がロウ付け等により冶金的に接合
されている。またプラズマに面さない側にはステンレス
鋼等の中性子損傷に強い材料からなる裏面板64が冷却
管63とロウ付け等により冶金的に接合されている。冷
却管63の間隔は、必要に応じて冷却水の流れ方向に基
づいて変化させてある。このように冷却管63を長方形
断面にし、表面板62および裏面板64に冷却管63設
置のための溝加工を行うことなく冶金的に接合出来る。
表面板62はプラズマからの熱・粒子負荷6lに耐える
材料、一方、裏面板64は電磁力と圧力に耐える材料と
して機能を分け、その間に冷却管63が設けられている
従って裏面板64は小さな寸法の分割構造にするなどし
て機械的な荷重を負担せしめないため、微小クランクが
発生したとしてもその進展を少なく出来る。さらに表面
板62がプラズマにより大きなクラブクを生じたとして
も、裏面板64には直接その影響が及ばず、第1壁の機
械的な健全性は保たれる。
次に第6図に示す第3の従来技術例においては、核融合
炉第1壁等の炉心構造材のプラズマ側の壁7lの背面で
冷却材流路73との間の狭い空間に、液体金属75を充
填した液体金属層74を設け、その上部にブレナム部7
6を設置する。またそのプラズマ側に透過性隔膜77を
設け、冷却材流路73内に冷却材72を流して構造材を
冷却する。
そして壁7lの表面から入射する荷電/中性トリチウム
粒子を濃度の低い液体金属層74側で拡散捕捉し、ブレ
ナム部76に拡散移行させるとともに、透過性隔膜77
を介して高真空のプラズマ側へ再放出させる。
更に第7〜8図に示す第4の従来技術例においては、ま
ず互いに相対向して配置した板状体81.81′の間に
金属系粉末を介設して金属粉末層82を形成し、該金属
粉末層82内に複数のバイブ88を配設したのち、板状
体81.81=の周囲を覆うようにシール材83を配設
する。また各パイプ88の内部はその両端部において外
部と連通させて貫通孔86を形成させ、またバイブ88
の両端部には窓部を有するシール材83を配設する。こ
の状態で被処理体全体を真空チャンバー内に導入し、各
板状体8lと各シール材83との接触部を電子ビーム溶
接するとともに、各パイプ88の両端部において各バイ
ブ88と、シール材83に形成した窓部との接触部も気
密に電子ビーム溶接したのち熱間静水圧処理を行って接
合を行う。
し発明が解決しようとする課題] このように上記従来の技術においても、貫通孔を有する
中空部材を、貫通孔の変形なしに他の部材と接合させる
ことが可能であり、冷却管群を扶持する表面板と裏面板
の機能を分けることによって冷却壁全体の健全性を保持
させ得るほか、プラズマ側の壁の表面から入射して来る
荷電/中性トリチウム粒子を液体金属層に拡散して捕捉
し、上部のブレナム部から透過性隔膜を介してプラズマ
側に再放出して冷却材中のトリチウム濃度の上昇を抑止
させ、あるいは平行な板状体とシール材とで形成された
空間内に充填した金属粉末内にパイプ群を配設して焼結
し、精度及び品質が良く、多数の貫通孔を有する積層材
を製造することが可能である等、それぞれに優れた特徴
を有するものであった。
しかしながら上記従来の技術においては、例えば第1の
従来技術例においては断面方形の中空部材を並設して熱
間静水圧処理を行った際、中空部材の角部、あるいは板
厚の異なった部材の接合部に於いて、静水圧に対して板
の剛性が異なることにより変形の状態が異なり、十分な
接合が得られないと言う不具合を有していた。 次に第
2の従来技術例においては、各冷却管の間に空間を有し
ていることにより表面板および裏面板の冷却が十分に行
われ難く、第3の従来技術例においては炉心構造材の構
造が複雑になり、また第4の従来技術例においては金属
粉末充填時に濃度のむらを生じる可能性を有していた。
本発明はこのような不具合点を解消し、簡潔な構成によ
って接合精度の良い、また冷却材中トリチウム濃度上昇
抑止力の高い核融合炉第1壁の製造方法を提供すること
を目的としている。
[課題を解決するための手段1 上記の目的は前記特許請求の範囲に記載された核融合炉
第1壁の製造方法によって達成される。
すなわち、 ■.断面方形の中空管を並設した管群と、該管群の周側
面に配設したシール用板状部材との接合に際して、該中
空管に金属箔を巻装して並設し、管群とシール用板状部
材との接合部を低圧に保持すると共に気密にシールし、
中空管の内外を連通させた状態で熱間静水圧処理を施す
核融合炉第1壁の製作方法。
■.中空管に巻装する金属箔の材質が、シール用板状部
材の材質と同一である請求項■.記載の核融合炉第1壁
の製作方法。
■,中空管に巻装する金属箔の材質が、水素吸蔵性のあ
る純金属または合金である請求項■.記載の核融合炉第
1壁の製作方法。
■.中空管に巻装する金属箔の材質が、トリチウム透過
速度の低い純金属または合金である請求項■.記載の核
融合炉第1壁の製作方法。
である。
以下、本発明の作用等について実施例に基づいて説明す
る。
[実施例1 第1〜2図は本発明に基づく実施例を示す図で、第1図
は外周側面に金属箔を巻装した断面方形の複数の中空管
を並設し、その周側面に配設したシール用板状部材と接
合させる際の中空管の軸と垂直方向の横断面図、第2図
は第1図の一部拡大図である。第1〜2図において、l
は貫通孔、2は中空管、3.3’ ,4.4’ はシー
ル用板状部材、5は金属箔、6は中空管角部である。
まず中空管2の外周側面に金属箔5を巻装する。
その際金属箔5の材質、厚さ、あるいは該金属箔5の用
途に対応させて巻き付ける回数を決定するが、いずれの
場合でも空隙を生じせしめないように中空管2と金属箔
5との間および金属箔5相互間を密着させる。金属箔5
を巻装した中空管2を複数準備し、互いにその側面を接
触させた状態で配置する。次にその中空管2の上下面お
よび両側面にシール用板状部材3,3゜,4.4’ を
配設し、また中空管2の図示しない両端には、中空管2
の貫通孔lの内法よりも太き《外法よりも小さい寸法の
窓部を有するシール用板状部材を配設する。更に上記各
シール用板状部材3.3゜,4,4゜同士の接触部及び
窓部材を有するシール用板状部材の窓部と中空管2の両
端部との接触部をそれぞれ電子ビーム等によって溶着し
た後、各シール用板状部材で囲まれた部分を真空状態に
し、上記各接触部を溶接ビードによって完全に気密シー
ルする。しかる後に上記部材全体に熱間静水圧処理を施
す。それによって互いに接触する中空管2の側面間およ
び各中空管2と各シール用板状部材3.3’ ,4.4
゜ と窓部を有するシール用板状部材との接触面は冶金
的に接合される。
その際中空管2はシール用板状部材の窓部を通じて外部
と連通させた状態にあるから中空管2の内外は同圧に保
持され、各中空管2の側面同士は各貫通孔l内の圧力に
よって加圧され、また中空管2の側面と各シール用板状
部材3.3’ .4.4゛との接触面および中空管2の
両端面と窓部を有するシール用板状部材との接触面は外
圧力を受けて同様に冶金的に接合される。
熱間静水圧処理時の加圧力は部材全表面に亙って均一に
作用するために前記第1の従来技術例において説明した
ように接触する部材の板厚が相違する場合、あるいは断
面方形の中空管角部6等のごとく異なった剛性を有して
接する部分は、それぞれの変形量が相違することにより
完全な接合を行い得ない場合が生じたが、各接触面の間
にシール用板状部材と同一材質からなる金属箔5を挿着
することにより溶融状態に達した金属箔5が接触面の間
隙を完全に充填し、極めて精度が高くかつ接合強度の優
れた接合部を得ることが可能になる。
また中空管2に巻装する金属箔5にチタン(T.)、ジ
ルコニウム(Z,)等の水素吸蔵性のある金属またはそ
の合金を使用し、あるいはチタン(T,)アルミニウム
(Ae)、銅(C.)等のトリチウム透過速度の低い金
属又はその合金を使用して中空管とシール用板状部材と
の接合を行うことにより、冷却壁は上記異種金属を挟着
した3層構造を形成する。冷却壁の母材であるステンレ
ス鋼に比べて前記の各異種金属はトリチウム透過速度が
10’−10”程度であることから厚さ0.1m程度の
異種金属の挟着によっても、プラズマ側表面から入射し
たトリチウムが冷却材流路内を流れる冷却材中に侵入し
、外部に放射能が漏出するのを抑止することが可能にな
る。
また物理的性質が全く異なる異種金属を挟着したことに
より、冷却壁の母材か異種金属層のいずれかに亀裂等の
物理的破壊を生じた場合でも、残りの金属層によってそ
の破壊部が成長するのを阻止し得ると言う利点を有して
いる。
[発明の効果] 本発明は上記実施例において説明したように以下に示す
効果を有している。
■板厚の異なる部材の接触部あるいは断面方形の中空管
の角郎等、剛性の異なる部材の接触部を有する部材を熱
間静水圧処理によって接合させる際、従来剛性の相違に
基づく変形量の差によって生じていた接合強度不足の恐
れのある箇所に対して、金属箔を溶融充填させることに
より高精度、高強度の接合を得ることを可能にした。
■金属箔に水素吸蔵性のある金属、あるいはトリチウム
透過速度の低い金属を使用することにより、核融合炉内
のトリチウムが冷却材中に透過侵入して外部に漏出する
のを抑止すると共に、物理的性質の異なる金属による多
層構造の採用により、クラック等の物理的破壊に対して
もそれが成長するのを抑止して、冷却壁全体としての健
全性および安全性を高め得ると言う効果を有している。
【図面の簡単な説明】
第1〜2図は本発明に基づく実施例を示す図で、第1図
は外周側面に金属箔を巻装した断面方形の複数の中空管
を並設し、その周側面に配設したシール用板状部材と接
合させる際の中空管の軸と垂直方向の横断面図、第2図
は第1図の一部拡大図である。 第3〜8図は従来技術の例である。 ■・・・・・・貫通孔、2・・・・・・中空管、3,3
゜,4.4’ ・・・・・・シール用板状部材、5・・
・・・・金属箔、6・・・・・・中空管角部、5l・・
・・・・貫通孔、52・・・・・・中空部材、53.5
4.56・・・・−・シール材、55・・・・・・窓部
、57・・・・・・気密シール部、■・・・・・・熱・
粒子負荷、62・・・・・・表面板、3・・・・・・冷
却管、64・・・・・・裏面板、1・・・・・・プラズ
マ側の壁、72・・・・・・冷却材、3・・・・・・冷
却材通路、74・・・・・・液体金属層、5・・・・・
・液体金属、76・・・・・・プレナム部、7・・・・
・・透過性隔膜、81.81−・・・・・・板状体、2
・・−・・・金属粉末層、83・・・・・・シール材、
4・・・・・・溶接ビード、86・・・・・・貫通孔、
7・・・・・・積層材、88・・・・・・パイプ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、断面方形の中空管を並設した管群と、該管群の周側
    面に配設したシール用板状部材との接合に際して、該中
    空管に金属箔を巻装して並設し、管群とシール用板状部
    材との接合部を低圧に保持すると共に気密にシールし、
    中空管の内外を連通させた状態で熱間静水圧処理を施す
    ことを特徴とする核融合炉第1壁の製作方法。 2、中空管に巻装する金属箔の材質が、シール用板状部
    材の材質と同一である請求項1、記載の核融合炉第1壁
    の製作方法。 3、中空管に巻装する金属箔の材質が、水素吸蔵性のあ
    る純金属または合金である請求項1、記載の核融合炉第
    1壁の製作方法。 4、中空管に巻装する金属箔の材質が、トリチウム透過
    速度の低い純金属または合金である請求項1、記載の核
    融合炉第1壁の製作方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5410574A (en) * 1992-12-28 1995-04-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Internal component of fusion reactor
CN112682585A (zh) * 2020-12-18 2021-04-20 合肥工业大学 一种用于制作方排管冷却水道的焊接组件及其制备方法

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US5410574A (en) * 1992-12-28 1995-04-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Internal component of fusion reactor
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