JPH05249264A - 核融合装置のプラズマ対向機器 - Google Patents
核融合装置のプラズマ対向機器Info
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- JPH05249264A JPH05249264A JP3054680A JP5468091A JPH05249264A JP H05249264 A JPH05249264 A JP H05249264A JP 3054680 A JP3054680 A JP 3054680A JP 5468091 A JP5468091 A JP 5468091A JP H05249264 A JPH05249264 A JP H05249264A
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Classifications
-
- 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
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- Ceramic Products (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 プラズマ対向機器の構造の健全性を向上す
る。 【構成】 金属製冷却管１からカーボン材料よりなる表
面材２にかけてのアーマブロツク部分７を，冷却管１の
構成材料である金属とセラミツクとを混合するとともに
その組成比を連続的若しくは段階的に変化させて得た混
合材料５により構成して，材料の特性を徐々に変化させ
ており，残留応力や熱応力のピーキングを抑制して，材
料の熱構造健全性をさらに高め得る。ここで混合材料５
中にカーボンの代わりに，セラミツク，即ち，金属材料
と混合しても良好な特性を得られ，熱膨張率などの特性
がアーマタイル材に近い，若しくはアーマタイル材と金
属材料との中間の特性を有するセラミツクを使用してい
る。このため，機械強度などの材料特性も向上する。こ
の材料のうち，金属材料１００％の部分乃至金属材料の
組成比が大きい部分が金属製冷却管１に接合するので，
高熱負荷にも，プラズマ対向機器で高い構造健全性が保
持される。
る。 【構成】 金属製冷却管１からカーボン材料よりなる表
面材２にかけてのアーマブロツク部分７を，冷却管１の
構成材料である金属とセラミツクとを混合するとともに
その組成比を連続的若しくは段階的に変化させて得た混
合材料５により構成して，材料の特性を徐々に変化させ
ており，残留応力や熱応力のピーキングを抑制して，材
料の熱構造健全性をさらに高め得る。ここで混合材料５
中にカーボンの代わりに，セラミツク，即ち，金属材料
と混合しても良好な特性を得られ，熱膨張率などの特性
がアーマタイル材に近い，若しくはアーマタイル材と金
属材料との中間の特性を有するセラミツクを使用してい
る。このため，機械強度などの材料特性も向上する。こ
の材料のうち，金属材料１００％の部分乃至金属材料の
組成比が大きい部分が金属製冷却管１に接合するので，
高熱負荷にも，プラズマ対向機器で高い構造健全性が保
持される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は，核融合装置のプラズマ
対向機器に関するものである。
対向機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】プラズマ対向機器は，真空容器の内部に
プラズマに対面する状態に設置されるものである。特に
ダイバータと呼ばれるプラズマ対向機器は，多くの場
合，定常若しくは長時間の高熱負荷を受けることにな
る。従って高熱伝導性材料を用いた強制冷却方式が採用
されている。
プラズマに対面する状態に設置されるものである。特に
ダイバータと呼ばれるプラズマ対向機器は，多くの場
合，定常若しくは長時間の高熱負荷を受けることにな
る。従って高熱伝導性材料を用いた強制冷却方式が採用
されている。
【０００３】従来の高熱負荷用強制冷却方式のプラズマ
対向機器の構造例を図６，図７に示した。この例では，
銅（若しくはその合金）よりなる複数本の冷却管０１を
平行に並べ，同各冷却管０１のプラズマ側にＣ／Ｃ複合
材のアーマタイル（表面材）０２と銅製ヒートシンク材
０３とよりなるアーマブロツクを接合している。この例
では，各冷却管０１とアーマタイル０２との間に断面四
角形の銅製ヒートシンク材０３を介装しており，アーマ
タイル０２と銅製ヒートシンク材０３との接合面を平面
にすることができるという製造技術上の長所がある。
対向機器の構造例を図６，図７に示した。この例では，
銅（若しくはその合金）よりなる複数本の冷却管０１を
平行に並べ，同各冷却管０１のプラズマ側にＣ／Ｃ複合
材のアーマタイル（表面材）０２と銅製ヒートシンク材
０３とよりなるアーマブロツクを接合している。この例
では，各冷却管０１とアーマタイル０２との間に断面四
角形の銅製ヒートシンク材０３を介装しており，アーマ
タイル０２と銅製ヒートシンク材０３との接合面を平面
にすることができるという製造技術上の長所がある。
【０００４】また従来の高熱負荷用強制冷却方式のプラ
ズマ対向機器の他の構造例を図８，図９に示した。この
例では，冷却管０１とアーマタイル０２とが直接接合さ
れており（アーマブロツクがアーマタイル０２になって
おり），冷却管０１とアーマタイル０２との接合面が曲
面になるものの，ピーク応力の軽減が期待される。これ
らのプラズマ対向機器では，アーマブロツクが冷却管０
１の管軸方向に連続体でなく，分断された構造になって
いるので，高熱負荷時，熱応力を比較的低く抑えること
ができる。
ズマ対向機器の他の構造例を図８，図９に示した。この
例では，冷却管０１とアーマタイル０２とが直接接合さ
れており（アーマブロツクがアーマタイル０２になって
おり），冷却管０１とアーマタイル０２との接合面が曲
面になるものの，ピーク応力の軽減が期待される。これ
らのプラズマ対向機器では，アーマブロツクが冷却管０
１の管軸方向に連続体でなく，分断された構造になって
いるので，高熱負荷時，熱応力を比較的低く抑えること
ができる。
【０００５】冷却管０１（及びヒートシンク）に使用す
る高熱伝導性金属材料（例えば銅，銅合金，モリブデ
ン，モリブデン合金）と，アーマタイルに使用するカー
ボン材（例えばＣ／Ｃ複合材などのカーボン材）とが真
空ろう付けなどの方法により冶金的に接合される。多く
の場合，高熱伝導性金属材料とカーボン材との間では，
大きな熱膨張率の差が存在する。従って接合時に大きな
残留応力が発生し，また熱負荷時に大きな熱応力が接合
境界面付近に発生する。これにより，構造の健全性が損
なわれる可能性があり，条件によっては，繰り返し高熱
負荷などにより，接合面付近でクラツク（損傷）の生じ
る可能性がある。
る高熱伝導性金属材料（例えば銅，銅合金，モリブデ
ン，モリブデン合金）と，アーマタイルに使用するカー
ボン材（例えばＣ／Ｃ複合材などのカーボン材）とが真
空ろう付けなどの方法により冶金的に接合される。多く
の場合，高熱伝導性金属材料とカーボン材との間では，
大きな熱膨張率の差が存在する。従って接合時に大きな
残留応力が発生し，また熱負荷時に大きな熱応力が接合
境界面付近に発生する。これにより，構造の健全性が損
なわれる可能性があり，条件によっては，繰り返し高熱
負荷などにより，接合面付近でクラツク（損傷）の生じ
る可能性がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このように従来の高熱
負荷用強制冷却方式のプラズマ対向機器では，或る程度
の高熱負荷に耐える構造になっているものの，熱構造健
全性に関しては大きな余裕があるとは言い難い。この
点，将来の核融合装置，核融合炉では，さらに高熱の条
件で使用する，或いは熱負荷の繰り返し回数が多くな
る，ことが予想され，損傷の可能性が高くなる。
負荷用強制冷却方式のプラズマ対向機器では，或る程度
の高熱負荷に耐える構造になっているものの，熱構造健
全性に関しては大きな余裕があるとは言い難い。この
点，将来の核融合装置，核融合炉では，さらに高熱の条
件で使用する，或いは熱負荷の繰り返し回数が多くな
る，ことが予想され，損傷の可能性が高くなる。
【０００７】本発明は前記の問題点に鑑み提案するもの
であり, その目的とする処は, 熱構造の健全性を向上で
きる核融合装置のプラズマ対向機器を提供しようとする
点にある。
であり, その目的とする処は, 熱構造の健全性を向上で
きる核融合装置のプラズマ対向機器を提供しようとする
点にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに，本発明は，カーボン材料によりなるアーマタイル
を表面材とするアーマブロツクを金属製冷却管に接合し
た核融合装置のプラズマ対向機器において，前記金属製
冷却管から前記カーボン材料よりなる表面材にかけての
前記アーマブロツク部分を，冷却管の構成材料である金
属とセラミツクとを混合するとともにその組成比を連続
的若しくは段階的に変化させて得た混合材料により構成
している。
めに，本発明は，カーボン材料によりなるアーマタイル
を表面材とするアーマブロツクを金属製冷却管に接合し
た核融合装置のプラズマ対向機器において，前記金属製
冷却管から前記カーボン材料よりなる表面材にかけての
前記アーマブロツク部分を，冷却管の構成材料である金
属とセラミツクとを混合するとともにその組成比を連続
的若しくは段階的に変化させて得た混合材料により構成
している。
【０００９】また本発明の核融合装置のプラズマ対向機
器は，前記カーボン材料よりなる表面材と前記混合材料
との境界部分に，薄い活性な金属若しくは金属化合物を
介装している。
器は，前記カーボン材料よりなる表面材と前記混合材料
との境界部分に，薄い活性な金属若しくは金属化合物を
介装している。
【００１０】
【作用】本発明の核融合装置のプラズマ対向機器は前記
のように金属製冷却管からカーボン材料よりなる表面材
にかけてのアーマブロツク部分を，冷却管の構成材料で
ある金属とセラミツクとを混合するとともにその組成比
を連続的若しくは段階的に変化させて得た混合材料によ
り構成して，材料の特性を徐々に変化させており，製作
時の残留応力や熱負荷時の熱応力のピーキングを抑制し
て，材料の熱構造健全性をさらに高め得る。ここで混合
材料中にカーボンの代わりに，セラミツク，即ち，金属
材料と混合しても良好な特性を得られ，熱膨張率などの
特性がアーマタイル材に近い，若しくはアーマタイル材
と金属材料との中間の特性を有するセラミツクを使用し
ている。このため，機械強度などの材料特性も向上す
る。この材料のうち，金属材料１００％の部分乃至金属
材料の組成比が大きい部分が金属製冷却管に接合するの
で，高熱負荷にも，プラズマ対向機器で高い構造健全性
が保持される。
のように金属製冷却管からカーボン材料よりなる表面材
にかけてのアーマブロツク部分を，冷却管の構成材料で
ある金属とセラミツクとを混合するとともにその組成比
を連続的若しくは段階的に変化させて得た混合材料によ
り構成して，材料の特性を徐々に変化させており，製作
時の残留応力や熱負荷時の熱応力のピーキングを抑制し
て，材料の熱構造健全性をさらに高め得る。ここで混合
材料中にカーボンの代わりに，セラミツク，即ち，金属
材料と混合しても良好な特性を得られ，熱膨張率などの
特性がアーマタイル材に近い，若しくはアーマタイル材
と金属材料との中間の特性を有するセラミツクを使用し
ている。このため，機械強度などの材料特性も向上す
る。この材料のうち，金属材料１００％の部分乃至金属
材料の組成比が大きい部分が金属製冷却管に接合するの
で，高熱負荷にも，プラズマ対向機器で高い構造健全性
が保持される。
【００１１】
【実施例】次に本発明の核融合装置のプラズマ対向機器
を図１，図２に示す一実施例により説明すると，アーマ
タイルブロツク７が，銅１００％の部分４と，銅とＴｉ
Ｎなどのセラミツクとを混合して得た混合材料部分５
と，Ｃ／Ｃ複合材などのカーボン材よりなるアーマタイ
ル２とにより構成され，銅１００％の部分４に金属製冷
却管１を通すための孔を設ける。
を図１，図２に示す一実施例により説明すると，アーマ
タイルブロツク７が，銅１００％の部分４と，銅とＴｉ
Ｎなどのセラミツクとを混合して得た混合材料部分５
と，Ｃ／Ｃ複合材などのカーボン材よりなるアーマタイ
ル２とにより構成され，銅１００％の部分４に金属製冷
却管１を通すための孔を設ける。
【００１２】上記混合材料部分５の組成比は，銅１００
％の部分４に近い側では，銅の組成が高く，アーマタイ
ル２に近づくにつれて，ＴｉＮなどのセラミツクの組成
比が連続的若しくは段階的に多くなっている。そしてア
ーマタイル２と銅とセラミツクとの混合材料部分との境
界部には，材料間の密着性が高まるようにＴｉＣ或いは
Ｔｉといった活性な金属若しくは金属化合物の薄い間挿
材６を介装している。
％の部分４に近い側では，銅の組成が高く，アーマタイ
ル２に近づくにつれて，ＴｉＮなどのセラミツクの組成
比が連続的若しくは段階的に多くなっている。そしてア
ーマタイル２と銅とセラミツクとの混合材料部分との境
界部には，材料間の密着性が高まるようにＴｉＣ或いは
Ｔｉといった活性な金属若しくは金属化合物の薄い間挿
材６を介装している。
【００１３】上記材料は，混合比が連続的若しくは段階
的に変化させた粉末と表面にＴｉＣ或いはＴｉを付着さ
せた固体状のカーボン材を例えば１０３０℃，５００気
圧の条件でホツトプレスすれば，一回の工程で製作可能
になる。次いで金属製冷却管１を複数個のアーマブロツ
ク７のそれぞれに設けた孔に通して，互いの接触面を真
空ろう付けなどの方法により接合，固定する。
的に変化させた粉末と表面にＴｉＣ或いはＴｉを付着さ
せた固体状のカーボン材を例えば１０３０℃，５００気
圧の条件でホツトプレスすれば，一回の工程で製作可能
になる。次いで金属製冷却管１を複数個のアーマブロツ
ク７のそれぞれに設けた孔に通して，互いの接触面を真
空ろう付けなどの方法により接合，固定する。
【００１４】図３は，上記混合材料部分５の具体例を示
している。混合材料層（傾斜層）５は， （１） （２） （３） ＴｉＮ／Ｃｕ ＴｉＮ／Ｃｕ ＴｉＮ４０％／Ｃｕ６０％ ２０／８０ ４０／６０ ↑ １５／８５ ３０／７０ ＴｉＮ０％／Ｃｕ１００％ １０／９０ ２０／８０ ５／９５ １０／９０ 図４，図５は，他の実施例を示している。この実施例
は，従来のプラズマ対向機器（図８，図９参照）に対応
しており，１が金属製冷却管，２がＣ／Ｃ複合材などの
カーボン材よりなるアーマタイル，４が銅１００％の部
分，５が銅とＴｉＮなどのセラミツクとを混合して得た
混合材料部分で，同混合材料部分５は，銅１００％の部
分４に近い側では，銅の組成が高く，アーマタイル２に
近づくにつれて，ＴｉＮなどのセラミツクの組成比が連
続的若しくは段階的に多くなっている。また６がアーマ
タイル２と銅とセラミツクとの混合材料部分との境界部
に介装した薄い間挿材で，同間挿材６は，材料間の密着
性が高まるようにＴｉＣ或いはＴｉといった活性な金属
若しくは金属化合物により構成されている。
している。混合材料層（傾斜層）５は， （１） （２） （３） ＴｉＮ／Ｃｕ ＴｉＮ／Ｃｕ ＴｉＮ４０％／Ｃｕ６０％ ２０／８０ ４０／６０ ↑ １５／８５ ３０／７０ ＴｉＮ０％／Ｃｕ１００％ １０／９０ ２０／８０ ５／９５ １０／９０ 図４，図５は，他の実施例を示している。この実施例
は，従来のプラズマ対向機器（図８，図９参照）に対応
しており，１が金属製冷却管，２がＣ／Ｃ複合材などの
カーボン材よりなるアーマタイル，４が銅１００％の部
分，５が銅とＴｉＮなどのセラミツクとを混合して得た
混合材料部分で，同混合材料部分５は，銅１００％の部
分４に近い側では，銅の組成が高く，アーマタイル２に
近づくにつれて，ＴｉＮなどのセラミツクの組成比が連
続的若しくは段階的に多くなっている。また６がアーマ
タイル２と銅とセラミツクとの混合材料部分との境界部
に介装した薄い間挿材で，同間挿材６は，材料間の密着
性が高まるようにＴｉＣ或いはＴｉといった活性な金属
若しくは金属化合物により構成されている。
【００１５】なお混合するセラミツク材料としては，Ｔ
ｉＮ以外に，例えばＡｌＮ，ＴｉＢ 2 ，アルミナなどが
ある。また高熱伝熱性金属材料としては，銅材料以外
に，銅合金，Ｍｏ，Ｍｏ合金などがある。またカーボン
材料としては，Ｃ／Ｃ複合材以外に，グラフアイトなど
がある。
ｉＮ以外に，例えばＡｌＮ，ＴｉＢ 2 ，アルミナなどが
ある。また高熱伝熱性金属材料としては，銅材料以外
に，銅合金，Ｍｏ，Ｍｏ合金などがある。またカーボン
材料としては，Ｃ／Ｃ複合材以外に，グラフアイトなど
がある。
【００１６】
【発明の効果】本発明の核融合装置のプラズマ対向機器
は前記のように構成されており，次の効果を達成でき
る。即ち，従来の真空ろう付けなどによる単純な金属と
非金属との接合では，その境界で急激な材料の物理的或
いは機械的特性の変化がある。それに対して本発明によ
れば，金属製冷却管からカーボン材料よりなる表面材に
かけてのアーマブロツク部分を，冷却管の構成材料であ
る金属とセラミツクとを混合するとともにその組成比を
連続的若しくは段階的に変化させて得た混合材料により
構成して，材料の特性を徐々に変化させており，残留応
力や熱応力のピーキングを抑制して，材料の熱構造健全
性をさらに高め得る。この結果，高熱負荷時にも，プラ
ズマ対向機器で高い構造健全性を保持できる。
は前記のように構成されており，次の効果を達成でき
る。即ち，従来の真空ろう付けなどによる単純な金属と
非金属との接合では，その境界で急激な材料の物理的或
いは機械的特性の変化がある。それに対して本発明によ
れば，金属製冷却管からカーボン材料よりなる表面材に
かけてのアーマブロツク部分を，冷却管の構成材料であ
る金属とセラミツクとを混合するとともにその組成比を
連続的若しくは段階的に変化させて得た混合材料により
構成して，材料の特性を徐々に変化させており，残留応
力や熱応力のピーキングを抑制して，材料の熱構造健全
性をさらに高め得る。この結果，高熱負荷時にも，プラ
ズマ対向機器で高い構造健全性を保持できる。
【００１７】また本発明では，冷却管の構成材料である
金属とセラミツクとを混合するとともにその組成比を連
続的若しくは段階的に変化させて得た混合材料を使用し
ており，金属とカーボンとを混合して得た混合材料に比
べると，広い混合比範囲で良好な材料特性を得られる。
またカーボン材料よりなる表面材と混合材料との境界部
分に，薄い活性な金属若しくは金属化合物を介装してお
り，境界面で強度を弱くすることがない。そのため，高
熱負荷時，接合面にクラツクが入るなどの問題が生じな
いし，この点からも構造健全性を高めることができる。
金属とセラミツクとを混合するとともにその組成比を連
続的若しくは段階的に変化させて得た混合材料を使用し
ており，金属とカーボンとを混合して得た混合材料に比
べると，広い混合比範囲で良好な材料特性を得られる。
またカーボン材料よりなる表面材と混合材料との境界部
分に，薄い活性な金属若しくは金属化合物を介装してお
り，境界面で強度を弱くすることがない。そのため，高
熱負荷時，接合面にクラツクが入るなどの問題が生じな
いし，この点からも構造健全性を高めることができる。
【図１】本発明の核融合装置のプラズマ対向機器の一実
施例を示す斜視図である。
施例を示す斜視図である。
【図２】同プラズマ対向機器の断面図である。
【図３】同プラズマ対向機器の混合材料層（傾斜層）の
具体例を示す斜視図である。
具体例を示す斜視図である。
【図４】他の実施例を示す断面図である。
【図５】さらに他の実施例を示す断面図である。
【図６】従来の核融合装置のプラズマ対向機器を示す斜
視図である。
視図である。
【図７】同プラズマ対向機器の断面図である。
【図８】同プラズマ対向機器の他の従来例を示す断面図
である。
である。
【図９】同プラズマ対向機器のさらに他の従来例を示す
断面図である。
断面図である。
１ 金属製冷却管 ２ カーボン材よりなるアーマタイル ４ 銅１００％の部分 ５ 銅とセラミツクとを混合して得た混合材料部分 ６ 薄い活性な金属若しくは金属化合物よりなる間挿材
Claims (2)
- 【請求項１】 カーボン材料によりなるアーマタイルを
表面材とするアーマブロツクを金属製冷却管に接合した
核融合装置のプラズマ対向機器において，前記金属製冷
却管から前記カーボン材料よりなる表面材にかけての前
記アーマブロツク部分を，冷却管の構成材料である金属
とセラミツクとを混合するとともにその組成比を連続的
若しくは段階的に変化させて得た混合材料により構成し
たことを特徴とする核融合装置のプラズマ対向機器。 - 【請求項２】 前記カーボン材料によりなる表面材と前
記混合材料との境界部分に，薄い活性な金属若しくは金
属化合物を介装したことを特徴とする請求項１記載の核
融合装置のプラズマ対向機器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3054680A JPH05249264A (ja) | 1991-03-19 | 1991-03-19 | 核融合装置のプラズマ対向機器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3054680A JPH05249264A (ja) | 1991-03-19 | 1991-03-19 | 核融合装置のプラズマ対向機器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05249264A true JPH05249264A (ja) | 1993-09-28 |
Family
ID=12977506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3054680A Pending JPH05249264A (ja) | 1991-03-19 | 1991-03-19 | 核融合装置のプラズマ対向機器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05249264A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007155737A (ja) * | 2005-12-06 | 2007-06-21 | Plansee Se | 管セグメントを持つ第一壁構成要素 |
| US20130210133A1 (en) * | 2010-08-17 | 2013-08-15 | Bioneer Corporation | Low heat capacity composite for thermal cycler |
| CN113488202A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-10-08 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种快速移能聚变堆偏滤器水冷钨靶模块及冷却靶板结构 |
-
1991
- 1991-03-19 JP JP3054680A patent/JPH05249264A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007155737A (ja) * | 2005-12-06 | 2007-06-21 | Plansee Se | 管セグメントを持つ第一壁構成要素 |
| KR101298346B1 (ko) * | 2005-12-06 | 2013-08-20 | 플란제 에스이 | 튜브 부분을 구비한 제1벽 부품 |
| US20130210133A1 (en) * | 2010-08-17 | 2013-08-15 | Bioneer Corporation | Low heat capacity composite for thermal cycler |
| CN113488202A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-10-08 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种快速移能聚变堆偏滤器水冷钨靶模块及冷却靶板结构 |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19990330 |