JPH052088A - 核融合装置の第一壁 - Google Patents
核融合装置の第一壁Info
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- JPH052088A JPH052088A JP3152111A JP15211191A JPH052088A JP H052088 A JPH052088 A JP H052088A JP 3152111 A JP3152111 A JP 3152111A JP 15211191 A JP15211191 A JP 15211191A JP H052088 A JPH052088 A JP H052088A
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- JP
- Japan
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- wall
- joint surface
- supporting substrate
- armor
- fusion device
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- Pending
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-
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- 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
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- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 アーマータイルと支持基板を冶金的に接合
し、しかも両者の熱負荷時に剥離することのない核融合
装置の第一壁を実現する。 【構成】 アーマータイル（４）と支持基板（７）とを
冶金的に接合した核融合装置の第一壁（３）において、
接合面端部（１０）の支持基板（７）側を若干残して接
合面（９）の周囲に沿って支持基板を切欠いて端部切欠
き部（１０ａ）を形成する。あるいは、ア―マ―タイル
と支持基板の接合面に凹凸部を設け、相互に凹凸部を噛
み合わせて冶金的に接合する。
し、しかも両者の熱負荷時に剥離することのない核融合
装置の第一壁を実現する。 【構成】 アーマータイル（４）と支持基板（７）とを
冶金的に接合した核融合装置の第一壁（３）において、
接合面端部（１０）の支持基板（７）側を若干残して接
合面（９）の周囲に沿って支持基板を切欠いて端部切欠
き部（１０ａ）を形成する。あるいは、ア―マ―タイル
と支持基板の接合面に凹凸部を設け、相互に凹凸部を噛
み合わせて冶金的に接合する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は核融合装置のダイバー
タ、リミターなどの第一壁に関する。
タ、リミターなどの第一壁に関する。
【０００２】
【従来の技術】図７に核融合装置における第一壁周辺の
炉本体構造を示す。核融合装置では、高温、高エネルギ
のプラズマ（１）からの高熱負荷、高粒子負荷に対し、
真空境界となるような真空容器（２）や、ブランケット
又は遮蔽体などを保護する目的で、これら部材のプラズ
マ側表面に第一壁（３）が設置される。第一壁（３）は
プラズマ（１）からの高熱負荷を受けるため、タングス
テン、モリブデン、グラファイトなどの高融点材料を用
いて構成される。
炉本体構造を示す。核融合装置では、高温、高エネルギ
のプラズマ（１）からの高熱負荷、高粒子負荷に対し、
真空境界となるような真空容器（２）や、ブランケット
又は遮蔽体などを保護する目的で、これら部材のプラズ
マ側表面に第一壁（３）が設置される。第一壁（３）は
プラズマ（１）からの高熱負荷を受けるため、タングス
テン、モリブデン、グラファイトなどの高融点材料を用
いて構成される。
【０００３】図８、図９、図１０は従来の典型的な第一
壁の構成を示す。
壁の構成を示す。
【０００４】（４）はアーマータイル、（５）はアーマ
ー取付ボルト、（６）はアーマー取付座、（７）は支持
基板、（８）は冷却孔、（９）は冶金的接合面である。
アーマータイル（４）と支持基板（７）を熱的に接続す
ることによってプラズマからの入熱を支持基板の冷却孔
（８）内の冷却水を介して除熱する。
ー取付ボルト、（６）はアーマー取付座、（７）は支持
基板、（８）は冷却孔、（９）は冶金的接合面である。
アーマータイル（４）と支持基板（７）を熱的に接続す
ることによってプラズマからの入熱を支持基板の冷却孔
（８）内の冷却水を介して除熱する。
【０００５】図８はアーマータイル（４）を支持基板
（７）上のアーマー取付座（６）にアーマー取付ボルト
（５）で機械的に接続する構造で、図９および図１０は
アーマータイルと支持基板を冶金的に接合によって接続
する構造の第一壁であり、図９は支持基板（７）が小、
図１０は支持基板（７）が大の場合である。図８の機械
的接続構造ではアーマータイル（４）、支持基板（７）
間の接触熱抵抗のため、プラズマからの熱負荷時にアー
マータイル（４）表面の温度が高温になる。これに対し
て図９の冶金的接合構造では、接合面の熱抵抗が小さい
からプラズマからの入熱は比較的短時間に除熱されるの
で、アーマータイル（４）は余り高温になることはな
い。
（７）上のアーマー取付座（６）にアーマー取付ボルト
（５）で機械的に接続する構造で、図９および図１０は
アーマータイルと支持基板を冶金的に接合によって接続
する構造の第一壁であり、図９は支持基板（７）が小、
図１０は支持基板（７）が大の場合である。図８の機械
的接続構造ではアーマータイル（４）、支持基板（７）
間の接触熱抵抗のため、プラズマからの熱負荷時にアー
マータイル（４）表面の温度が高温になる。これに対し
て図９の冶金的接合構造では、接合面の熱抵抗が小さい
からプラズマからの入熱は比較的短時間に除熱されるの
で、アーマータイル（４）は余り高温になることはな
い。
【０００６】実験炉クラスの核融合装置ではプラズマか
らの入熱量が大きいため、図９のような冶金的接合構造
が大半を占める。一般にアーマー部材を構成する高融点
材料は熱膨張率が小さく、アーマー材を接合する支持基
板（７）の構成材料は比較的熱膨張率が大きい。このた
め、冶金的接合構造では熱膨張差によって、プラズマ熱
負荷時や接合時には接合面端部に過大な熱応力が発生す
る。
らの入熱量が大きいため、図９のような冶金的接合構造
が大半を占める。一般にアーマー部材を構成する高融点
材料は熱膨張率が小さく、アーマー材を接合する支持基
板（７）の構成材料は比較的熱膨張率が大きい。このた
め、冶金的接合構造では熱膨張差によって、プラズマ熱
負荷時や接合時には接合面端部に過大な熱応力が発生す
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】図９および図１０の従
来型冶金的接合第一壁の問題として以下の点があげられ
る。上記で述べたように、アーマー材、支持基板間の熱
膨張率の差による接合面に過大な熱応力が生じる。この
とき、接合部端部（１０）近傍の熱応力が大きく、この
結果接合面の破損又は接合面における両部材の剥離現象
が生ずる可能性がある。両部材（４），（７）の剥離又
は接合面端部のき裂が進展すると、両部材間の熱伝導に
よる除熱は不可能となり、アーマータイル（４）は非常
に高温になるとともに、アーマータイル（４）の溶融、
破損となる可能性がある。又、アーマータイル（４）と
支持基板（７）との冶金的接合時にも接合面端部（１
０）には欠陥やき裂が生じ易く、さらに端部近傍の過大
な熱応力のため、き裂は接合面に沿って進展する傾向が
ある。この結果、両部材（４），（７）間の剥離という
大きな問題になる。
来型冶金的接合第一壁の問題として以下の点があげられ
る。上記で述べたように、アーマー材、支持基板間の熱
膨張率の差による接合面に過大な熱応力が生じる。この
とき、接合部端部（１０）近傍の熱応力が大きく、この
結果接合面の破損又は接合面における両部材の剥離現象
が生ずる可能性がある。両部材（４），（７）の剥離又
は接合面端部のき裂が進展すると、両部材間の熱伝導に
よる除熱は不可能となり、アーマータイル（４）は非常
に高温になるとともに、アーマータイル（４）の溶融、
破損となる可能性がある。又、アーマータイル（４）と
支持基板（７）との冶金的接合時にも接合面端部（１
０）には欠陥やき裂が生じ易く、さらに端部近傍の過大
な熱応力のため、き裂は接合面に沿って進展する傾向が
ある。この結果、両部材（４），（７）間の剥離という
大きな問題になる。
【０００８】本発明はアーマータイルと支持基板を冶金
的に接合した核融合装置の第一壁において、熱負荷時の
熱応力に対して接合面が剥離することのない構造的に信
頼性の高い核融合装置の第一壁を提供することを目的と
する。
的に接合した核融合装置の第一壁において、熱負荷時の
熱応力に対して接合面が剥離することのない構造的に信
頼性の高い核融合装置の第一壁を提供することを目的と
する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては第１の手段として、アーマータイ
ルと支持基板とを冶金的に接合した核融合装置の第一壁
において、接合面端部の支持基板側を若干残して接合面
の周囲に沿って支持基板を切欠いて端部切欠き部を形成
する。
に、本発明においては第１の手段として、アーマータイ
ルと支持基板とを冶金的に接合した核融合装置の第一壁
において、接合面端部の支持基板側を若干残して接合面
の周囲に沿って支持基板を切欠いて端部切欠き部を形成
する。
【００１０】尚、上記切欠きの先端部は円又はだ円の円
弧状断面にすることができる。
弧状断面にすることができる。
【００１１】そして本発明の第２の手段としては、アー
マータイルと支持基板を冶金的に接合した核融合装置の
第一壁において、アーマータイルおよび支持基板の接合
面側に凹凸部を設け、相互に凹凸部を噛み合わせて冶金
的に接合する。
マータイルと支持基板を冶金的に接合した核融合装置の
第一壁において、アーマータイルおよび支持基板の接合
面側に凹凸部を設け、相互に凹凸部を噛み合わせて冶金
的に接合する。
【００１２】尚、上記接合面の周囲に沿って、アーマー
タイルと支持基板間に端部ギャップを設けても良いし、
噛み合せ凹凸部の側面をテーパ状にすることもできる。
タイルと支持基板間に端部ギャップを設けても良いし、
噛み合せ凹凸部の側面をテーパ状にすることもできる。
【００１３】
【作用】上記第一の手段によればアーマータイル、支持
基板間の熱膨張率の差による熱応力は接合面端部に集中
する。これは、接合状態にあることによって、部材相互
の熱伸びを拘束するためである。熱応力は冶金的接合後
には、冷却後残留応力として端部に集中し、熱負荷時に
はアーマー端部の反り返り変形を支持基板が拘束するこ
とによって生ずる。そこで、接合面端部近傍の支持基板
側を若干残した状態で、接合面下側周囲を大きく切欠く
構造とすることにより、接合面近傍の支持基板側の剛性
を大巾に減少させる。本形状により、接合時、熱負荷時
のアーマータイルの反り返り変形を支持基板は拘束しな
くなるので接合面端部の熱応力、応力集中は大巾に減少
する。支持基板を銅のような高温ですぐ塑性領域に至る
材料を使用するとその効果はさらに顕著になる。
基板間の熱膨張率の差による熱応力は接合面端部に集中
する。これは、接合状態にあることによって、部材相互
の熱伸びを拘束するためである。熱応力は冶金的接合後
には、冷却後残留応力として端部に集中し、熱負荷時に
はアーマー端部の反り返り変形を支持基板が拘束するこ
とによって生ずる。そこで、接合面端部近傍の支持基板
側を若干残した状態で、接合面下側周囲を大きく切欠く
構造とすることにより、接合面近傍の支持基板側の剛性
を大巾に減少させる。本形状により、接合時、熱負荷時
のアーマータイルの反り返り変形を支持基板は拘束しな
くなるので接合面端部の熱応力、応力集中は大巾に減少
する。支持基板を銅のような高温ですぐ塑性領域に至る
材料を使用するとその効果はさらに顕著になる。
【００１４】又、第２の手段によれば、アーマータイル
と支持基板の接合面の凹凸部を相互に噛み合わせ構造と
すると、接合時又は熱負荷時に接合面端部にき裂が生じ
ても、噛み合い部での熱流に平行方向の接合面では、き
裂は停滞し、アーマータイルの剥離に至ることはない。
と支持基板の接合面の凹凸部を相互に噛み合わせ構造と
すると、接合時又は熱負荷時に接合面端部にき裂が生じ
ても、噛み合い部での熱流に平行方向の接合面では、き
裂は停滞し、アーマータイルの剥離に至ることはない。
【００１５】
（実施例１）以下、本発明による核融合装置第一壁の第
１の実施例について図１を参照して説明する。
１の実施例について図１を参照して説明する。
【００１６】支持基板（７）の接合面端部（１０）は接
合面（９）の支持基板側を若干残し、接合面（９）の周
囲に沿って切り落とし、接合面（９）の周囲に先端を円
弧状部（１０ｂ）にした端部切欠き部（１０ａ）を設け
た状態とし、アーマータイル（４）と支持基板（７）と
を冶金的に接合する。
合面（９）の支持基板側を若干残し、接合面（９）の周
囲に沿って切り落とし、接合面（９）の周囲に先端を円
弧状部（１０ｂ）にした端部切欠き部（１０ａ）を設け
た状態とし、アーマータイル（４）と支持基板（７）と
を冶金的に接合する。
【００１７】アーマータイル（４）、支持基板（７）を
冶金的に接合する第一壁構造において、接合面端部（１
０）の支持基板（７）側を若干残し、接合面（９）の周
囲に沿って先端を円弧状部（１０ｂ）にして切り欠く構
造とすることにより、接合面端部（１０）の支持基板
（７）の剛性を低減させる。これにより、接合時および
熱負荷時におけるアーマータイル（４）の反り返り変形
を支持基板（７）が拘束することがなくなり、接合面端
部（１０）の熱応力、応力集中は大幅に低減される。
冶金的に接合する第一壁構造において、接合面端部（１
０）の支持基板（７）側を若干残し、接合面（９）の周
囲に沿って先端を円弧状部（１０ｂ）にして切り欠く構
造とすることにより、接合面端部（１０）の支持基板
（７）の剛性を低減させる。これにより、接合時および
熱負荷時におけるアーマータイル（４）の反り返り変形
を支持基板（７）が拘束することがなくなり、接合面端
部（１０）の熱応力、応力集中は大幅に低減される。
【００１８】以上述べたように、本実施例においては、
接合時および熱負荷時に生ずる接合面端部の熱応力を低
減出来る。従って、接合面端部のき裂発生を防止出来る
ため、アーマータイルと支持基板の剥離およびアーマー
タイルの脱落という問題のない機械的に安全な核融合装
置の第一壁を提供出来る。
接合時および熱負荷時に生ずる接合面端部の熱応力を低
減出来る。従って、接合面端部のき裂発生を防止出来る
ため、アーマータイルと支持基板の剥離およびアーマー
タイルの脱落という問題のない機械的に安全な核融合装
置の第一壁を提供出来る。
【００１９】（実施例２）図２に本発明の第２の実施例
を示す。
を示す。
【００２０】アーマータイル（４）と支持基板（７）の
接合面端部（１０）の支持基板側を若干残して接合面の
周囲に沿って切り欠き、先端を角形部（１０ｃ）にした
端部切欠き部（１０ａ）を形成する。他は実施例１の通
りである。
接合面端部（１０）の支持基板側を若干残して接合面の
周囲に沿って切り欠き、先端を角形部（１０ｃ）にした
端部切欠き部（１０ａ）を形成する。他は実施例１の通
りである。
【００２１】上記のようにすると、端部切欠き部（１０
ａ）の加工が容易であるほか、実施例１に準じた作用効
果が得られる。
ａ）の加工が容易であるほか、実施例１に準じた作用効
果が得られる。
【００２２】（実施例３）次に第３の実施例について図
３ないし図５を参照して説明する。
３ないし図５を参照して説明する。
【００２３】アーマータイル（４）および支持基板
（７）の冶金的接合面（９）側に、相互に噛み合わせ出
来る凹凸部（１１）を設け、これを噛み合わせて冶金的
に接合する。支持基板（７）には接合面（９）より離し
て冷却孔（８）を設ける。噛み合わせ接合面は熱流垂直
接合面（９ａ）および熱流平行接合面（９ｂ）とも接合
材を流し込んで接合する。接合面端部（１０）の熱流垂
直接合面は、端部ギャップ（１０ｄ）を設けて、アーマ
ータイル（４）と支持基板（７）の周囲を離す構造とす
る。
（７）の冶金的接合面（９）側に、相互に噛み合わせ出
来る凹凸部（１１）を設け、これを噛み合わせて冶金的
に接合する。支持基板（７）には接合面（９）より離し
て冷却孔（８）を設ける。噛み合わせ接合面は熱流垂直
接合面（９ａ）および熱流平行接合面（９ｂ）とも接合
材を流し込んで接合する。接合面端部（１０）の熱流垂
直接合面は、端部ギャップ（１０ｄ）を設けて、アーマ
ータイル（４）と支持基板（７）の周囲を離す構造とす
る。
【００２４】アーマータイルと支持基板間の熱膨張係数
による熱応力は接合面端部に集中し、端部にき裂が発生
しやすい。本実施例３のように接合面端部（１０）周囲
のアーマータイル（４）と支持基板（７）間に端部ギャ
ップ（１０ｄ）を設けることにより、アーマータイル
（４）の反り返り熱変形に対して支持基板（７）による
拘束が小さくなるため、接合面端部（１０）の熱応力は
減少し、端部でのき裂発生の可能性は小さくなる。又、
端部に発生したき裂は熱流に垂直な方向の接合面（９
ａ）に沿って進展しやすく、熱流に平行な接合面（９
ｂ）に沿っては進展しにくいので、本実施例のように接
合面（９），（９ａ），（９ｂ）を凹凸部（１１）の噛
み合わせ構造とすることにより、端部き裂の進展は停滞
し、アーマータイルの剥離に至ることはない。
による熱応力は接合面端部に集中し、端部にき裂が発生
しやすい。本実施例３のように接合面端部（１０）周囲
のアーマータイル（４）と支持基板（７）間に端部ギャ
ップ（１０ｄ）を設けることにより、アーマータイル
（４）の反り返り熱変形に対して支持基板（７）による
拘束が小さくなるため、接合面端部（１０）の熱応力は
減少し、端部でのき裂発生の可能性は小さくなる。又、
端部に発生したき裂は熱流に垂直な方向の接合面（９
ａ）に沿って進展しやすく、熱流に平行な接合面（９
ｂ）に沿っては進展しにくいので、本実施例のように接
合面（９），（９ａ），（９ｂ）を凹凸部（１１）の噛
み合わせ構造とすることにより、端部き裂の進展は停滞
し、アーマータイルの剥離に至ることはない。
【００２５】以上、述べたように本実施例においては、
接合面端部の熱応力を減少させ、且つ、端部にき裂が発
生したとしても、そのき裂進展を防止出来、アーマータ
イルと支持基板の剥離という問題のない機械的に安全な
核融合装置の第一壁を提供出来る。
接合面端部の熱応力を減少させ、且つ、端部にき裂が発
生したとしても、そのき裂進展を防止出来、アーマータ
イルと支持基板の剥離という問題のない機械的に安全な
核融合装置の第一壁を提供出来る。
【００２６】（実施例４）図６に本発明の第４の実施例
における第一壁縦断面接合部端部の凹凸部（１１）の噛
み合い部を示す。これは凹凸部にテーパ（１４）を設
け、アーマータイル（４）と支持基板（７）の接合性を
良くしたものであって他は実施例３と同様である。
における第一壁縦断面接合部端部の凹凸部（１１）の噛
み合い部を示す。これは凹凸部にテーパ（１４）を設
け、アーマータイル（４）と支持基板（７）の接合性を
良くしたものであって他は実施例３と同様である。
【００２７】このようにしても実施例３と略同様な作用
効果が得られる。
効果が得られる。
【００２８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、接
合面端部の熱応力を低減し、接合面端部のき裂発生を防
止出来るため、アーマータイルと支持基板の剥離という
問題のない機械的に安全な核融合装置の第一壁を提供出
来る。
合面端部の熱応力を低減し、接合面端部のき裂発生を防
止出来るため、アーマータイルと支持基板の剥離という
問題のない機械的に安全な核融合装置の第一壁を提供出
来る。
【図１】本発明の第１の実施例を示す縦断面図。
【図２】本発明の第２の実施例の要部を示す縦断面図。
【図３】本発明の第３の実施例を示す縦断面図。
【図４】図３のＡ−Ａ線に沿う矢視断面図。
【図５】図３の接合面端部と凹凸部とを示す拡大図。
【図６】本発明の第４の実施例の要部を示す縦断面図。
【図７】核融合装置の第一壁周辺の炉本体模式図。
【図８】従来の機械的結合形第一壁を示す縦断面図。
【図９】従来の支持基板が小の場合の冶金的接合形第一
壁を示す縦断面図。
壁を示す縦断面図。
【図１０】従来の支持基板が大の場合の冶金的接合形第
一壁を示す縦断面図。
一壁を示す縦断面図。
３…第一壁
４…アーマータイル
７…支持基板
９…接合面
１０…接合面端部
１０ａ…端部切欠き部
１１…凹凸部
Claims (2)
- 【請求項１】 アーマータイルと支持基板とを冶金的に
接合した核融合装置の第一壁において、接合面端部の支
持基板側を若干残して接合面の周囲に沿って支持基板を
切欠いて端部切欠き部を形成したことを特徴とする核融
合装置の第一壁。 - 【請求項２】 アーマータイルと支持基板とを冶金的に
接合した核融合装置の第一壁において、アーマータイル
および支持基板の接合面側に凹凸部を設け、相互に凹凸
部を噛み合わせて冶金的に接合したことを特徴とする核
融合装置の第一壁。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3152111A JPH052088A (ja) | 1991-06-25 | 1991-06-25 | 核融合装置の第一壁 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3152111A JPH052088A (ja) | 1991-06-25 | 1991-06-25 | 核融合装置の第一壁 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH052088A true JPH052088A (ja) | 1993-01-08 |
Family
ID=15533303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3152111A Pending JPH052088A (ja) | 1991-06-25 | 1991-06-25 | 核融合装置の第一壁 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH052088A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007061911A (ja) * | 2005-08-29 | 2007-03-15 | Plansee Se | 構造化タングステン要素を有する複合部材 |
| JP2008533492A (ja) * | 2005-03-22 | 2008-08-21 | プランゼー エスエー | 核融合炉用の第一壁構成部材 |
-
1991
- 1991-06-25 JP JP3152111A patent/JPH052088A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008533492A (ja) * | 2005-03-22 | 2008-08-21 | プランゼー エスエー | 核融合炉用の第一壁構成部材 |
| JP2007061911A (ja) * | 2005-08-29 | 2007-03-15 | Plansee Se | 構造化タングステン要素を有する複合部材 |
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