JPH06308264A - 核融合装置の高熱流束機器 - Google Patents

核融合装置の高熱流束機器

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JPH06308264A
JPH06308264A JP5092932A JP9293293A JPH06308264A JP H06308264 A JPH06308264 A JP H06308264A JP 5092932 A JP5092932 A JP 5092932A JP 9293293 A JP9293293 A JP 9293293A JP H06308264 A JPH06308264 A JP H06308264A
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diverter
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Nobuo Tachikawa
信夫 立川
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

Abstract

(57)【要約】 【目的】運転中の熱変形を吸収し、設置精度が高く、し
かも熱応力にも十分耐える核融合装置の高熱流束機器
(ダイバータ)を提供する。 【構成】構造材基盤13にヒートシンク部材14を接合し、
このヒートシンク部材14にアーマータイル15を接合す
る。構造材基盤13に戻り冷却管16を設け、ヒートシンク
部材14とアーマータイル15との間に冷却管17を設ける。
冷却管16,17には高温強度と伸びが優れたアルミナ分散
強化銅を、ヒートシンク部材14には延性があり、熱伝導
率が高い無酸素銅を、構造材基盤13には機械的強度の大
きいステンレス鋼を使用する。熱負荷時はヒートシンク
部材14が塑性変形し熱伸びを吸収するので、高熱流束機
器(ダイバータ)は変形せず、運転中も高い設置精度を
保持する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はダイバータや第1壁など
の核融合装置の高熱流束機器に関する。
【0002】
【従来の技術】図4および図5により従来の核融合装置
の高熱流束機器について説明する。図4は核融合装置に
おける本体構造を示し、図5は図4における高熱流束機
器の例としてダイバータを示している。核融合装置では
核融合反応によって生成されるヘリウムを炉外に排気す
るために、ダイバータ1と呼ばれる不純物除去装置が設
けられている。
【0003】ダイバータ1はプラズマ2の外に磁力線3
を引き延ばして、それに沿って流れてくるヘリウムをダ
イバータ1の表面に当てて中性化し、別途設けられてい
る真空排気系4によってヘリウムを炉外に排気する。
【0004】また、第1壁5はプラズマ2からの高熱負
荷、高粒子負荷に対して真空容器6やこの真空容器6内
に設置されるブランケットや遮蔽体7を保護する目的
で、これら部材のプラズマ2側の表面に第1壁5が設け
られている。
【0005】図5はダイバータ1の従来例を示してい
る。なお、図5は“ITER PLASMA FACING COMONENTS” I
TER DOCUMENTATION SERIES. No.30., IAEA, VIENA, P48
(1991) から引用したものである。
【0006】すなわち、ダイバータ1はプラズマ2から
の高粒子負荷、高熱負荷を受けるため、またプラズマ2
に不純物として悪影響を及ぼさせないため、低原子番号
材料のグラファイトまたは炭素繊維強化炭素複合材料
(以下、C/Cコンポジットと記す)あるいはベリリウ
ム、もしくはボロン製のアーマータイル8が設置され、
さらに除熱のための冷却管9を設けている。
【0007】また、高熱負荷によりダイバータ1は大き
な熱応力が発生するため、ダイバータ1のところどころ
に板ばね10を設けて、ダイバータ1が熱伸びにより変形
しても、板ばね10が変形することによってダイバータ1
のアーマータイル8と冷却管9に過大な応力が発生しな
いような構造にしている。なお、図5中符号11はステン
レス鋼製支持構造体、12は冷却材ヘッダである。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ところが、核融合装置
へのダイバータ1の運転中の設置精度は高精度が要求さ
れるため、図5に示した構造では大きな熱応力が発生し
なくても、熱伸びによる変形は大きく、たとえダイバー
タ1が核融合装置の初期組み立て時に、高精度に設置さ
れていても、運転時には要求される高設置精度を満足す
ることができないという課題がある。
【0009】本は発明は上記課題を解決するためになさ
れたもので、核融合装置のダイバータや第1壁等の高熱
流束機器において、運転中の熱変形を吸収し、設置精度
が高く、しかも熱応力にも十分耐え得る核融合装置の高
熱流束機器を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は構造材基盤にヒ
ートシンク部材を接合し、このヒートシンク部材上にア
ーマータイルを接合し、前記構造材および前記ヒートシ
ンク部材と前記アーマータイルとの間に冷却管を設けて
なることを特徴とする。
【0011】
【作用】構造材基盤上に無酸素銅等の延性があり、しか
も熱伝導率が高い材料を使用したヒートシンク(熱冷却
部)部材と、アルミナ分散強化銅等の高温強度と伸びが
優れた材料を使用した冷却管とアーマータイルは完全に
結合されている。
【0012】そのため、ダイバータ等の高熱流束機器に
熱変形が生じようとすると、冷却管は高温強度が高く塑
性変形を生じないが、無酸素銅等のヒートシンク部材は
塑性変形で熱変形を吸収するため高熱流束機器板は変形
しない。つまり、運転中も変形することなく高設置精度
を保持する。
【0013】
【実施例】図1を参照しながら本発明に係る核融合装置
の高熱流束機器の第1の実施例を説明する。なお、図1
は高熱流束機器の例としてダイバータを示し、その要部
を斜視図で示している。
【0014】図中符号13は機械的強度の大きいステンレ
ス鋼またはインコネル製の構造材基盤で、この構造材基
盤13上にヒートシンク部材14を接合し、このヒートシン
ク部材14上にアーマータイル15を接合する。そして、構
造材基盤13に戻り冷却管16を設け、またヒートシンク部
材14とアーマータイル15との間に冷却材流入用冷却管17
を設ける。
【0015】ここで、ヒートシンク部材14は無酸素銅の
延性があり、しかも熱伝導率が高い純銅,脱リン酸銅,
クロム銅,銀入り銅,ジルコニウム銅,カドミウム銅,
ベリリウム銅から選択された少なくとも一種の銅または
銅合金によって構成される。
【0016】また、冷却管16,17はアルミナ分散強化銅
またはイットリア分散強化銅によって構成される。さら
に、アーマータイル15はC/Cコンポジット,グラファ
イト,ベリリウムまたはボロンの少なくとも一種によっ
て構成される。
【0017】ヒートシンク部材14は構造材基盤13に高圧
静水圧成形(以下、HIPと記す)またはろう付けによ
って接合され、冷却管17はヒートシンク部材14とアーマ
ータイル15にろう付けされている。なお、冷却管16,17
の形状は円形断面である必要はなく角形でもよい。
【0018】図2は図1の冷却管16,17に垂直な断面図
であり、アーマータイル15とヒートシンク部材14の接合
自由端の角度θは応力の特異性が小さくなるような角度
に設定する。
【0019】次に上記第1実施例の作用を説明する。プ
ラズマからの熱負荷により銅または銅合金で構成された
ヒートシンク部材14は熱変形を生じようとするが、下部
の構造材基盤13により固定されているため、拘束され、
前記銅または銅合金の降伏応力を超えて塑性変形する。
一方、アルミナ分散強化銅等で構成した冷却管17は銅ま
たは銅合金に比較して降伏応力は高く、塑性変形を起こ
さないので、健全である。
【0020】また、ヒートシンク部材14に接合されたア
ーマータイル15はヒートシンク部材14が変形しないた
め、接合界面は健全であり、アーマータイル15が破損す
ることはない。さらに、アーマータイル15とヒートシン
ク部材14の接合自由端の角度θを応力の特異性が小さく
なるような角度に設定すれば、アーマータイル15に生じ
る応力はさらに小さくなる。
【0021】上記第1の実施例によれば、核融合装置の
運転中に高熱流束機器、つまりダイバータが高熱負荷を
受けても銅または銅合金のヒートシンク部材14が下部の
構造材基盤により拘束されているため、塑性変形を起こ
し、他の部材に影響を及ぼさない。すなわち、ダイバー
タは高熱負荷時でも、初期の設置精度を保つ高性能のダ
イバータを提供することができる。
【0022】また、接合に監視手も構造材基盤13とヒー
トシンク部材14をたとえばHIPで接合すれば構造材基
盤13とヒートシンク部材14を一度に形成することもで
き、ダイバータを容易に製造することができる。
【0023】次に図3により本発明の第2の実施例を説
明する。なお、図3中図2と同一部分には同一符号を付
して重複する部分の説明は省略する。第2の実施例が第
1の実施例と異なる点は円筒状戻り冷却管16の代りに構
造材基盤13内に直接矩形冷却孔18を形成したことにあ
る。この第2の実施例によれば構造材基盤13を製作する
前にあらかじめ素材に矩形冷却孔18を設けておけば構造
材基盤13とヒートシンク部材14とを接合するだけでよ
く、図2に比較して簡単に製作することができる。
【0024】この第2の実施例はダイバータに限ること
なくアーマータイル接合型第1壁にも適用することがで
きる。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば核融合装置の運転中に高
熱流束機器が高熱負荷を受けても、ヒートシンク部材が
下部の構造材基盤により拘束されているため、塑性変形
を起こし、他の部材に影響を及ぼすことはない。つま
り、高熱流束機器は高熱負荷時でも、初期の設置精度を
保つ高性能の高熱流束機器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る核融合装置の高熱流束機器の第1
の実施例を示す斜視図。
【図2】図1において冷却管に垂直な断面図。
【図3】本発明に係る核融合装置の高熱流束機器の第2
の実施例を示す正面図。
【図4】従来例を説明するための核融合装置の本体構造
を示す縦断面図。
【図5】図4におけるダイバータを示す斜視図。
【符号の説明】
1…ダイバータ、2…プラズマ、3…磁力線、4…真空
排気系、5…第1壁、6…真空容器、7…ブランケット
や遮蔽体、8…アーマータイル、9…冷却管、10…板ば
ね、11…支持構造体、12…冷却材ヘッダ、13…構造材基
盤、14…ヒートシンク部材、15…アーマータイル、16…
戻り冷却管、17…冷却管、18…矩形冷却孔。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 構造材基盤にヒートシンク部材を接合
    し、このヒートシンク部材上にアーマータイルを接合
    し、前記構造材および前記ヒートシンク部材と前記アー
    マータイルとの間に冷却管を設けてなることを特徴とす
    る核融合装置の高熱流束機器。
  2. 【請求項2】 前記ヒートシンク部材は無酸素銅,純
    銅,脱リン酸銅,クロム銅,銀入り銅,ジルコニウム
    銅,カドミウム銅,ベリリウム銅から選択された少なく
    とも一種の金属または合金からなり、前記冷却管はアル
    ミナ分散強化銅またはイットリア分散強化銅からなるこ
    とを特徴とする請求項1記載の核融合装置の高熱流束機
    器。
  3. 【請求項3】 前記ヒートシンク部材と前記アーマータ
    イルとの接合自由端の角度を応力の特異性が小さくなる
    ような角度に選ぶことを特徴とする請求項1記載の核融
    合装置の高熱流束機器。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102284837A (zh) * 2011-07-07 2011-12-21 中国科学院等离子体物理研究所 一种用于核聚变装置的高热负荷部件制造方法
CN108806802A (zh) * 2018-04-28 2018-11-13 中国科学院合肥物质科学研究院 基于复合板的连接端盒
CN114203313A (zh) * 2021-12-03 2022-03-18 中国科学院合肥物质科学研究院 一种有效缓解热量集中的聚变堆偏滤器穿管型组件
CN114459193A (zh) * 2021-11-09 2022-05-10 中国科学院合肥物质科学研究院 一种采用不锈钢铜合金复合板的托卡马克装置用水冷模块及其加工方法

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